主题：竺可桢眼中的气候变化 -- 种植园土

在中国的历史文献中，在丰富的过去的气象学和物候学的记载，可惜非常分散。这篇论文就手边的材料进行初步分析，希望把近五千年来的气候变化的主要趋势写出一个轮廓。 在东亚季风区域内，雨量的变动常趋极端，而温度的变化在冬春即能影响农作物的生长。我国冬季温度主要受西伯利亚冷空气所控制，升降比较统一。因此，本文以冬季温度作为气候变动的指标。 近五千年的时间，根据材料的性质，可分为以下四个时期。考古时期（约公元前３０００——１１００年） 西安附近的半坡村遗址（属于仰韶文化，用Ｃ的１４次方同位素测定为约５６００——６０８０年前）和河南安阳殷墟（约公元前１４００——１１００年）的发掘表明，当时猎获的野兽中有竹鼠、麞和水牛等热带和亚热带的动物，而现在西安和安阳一带已经不存在这些动物了。此外，在殷代留下来的甲骨文上可以看出当时安阳人种稻比现在大约要早一个月。在山东历城县发掘龙山文化遗迹中找到一块炭化竹节，有些陶器外表也似竹节。这说明在新石器时代晚期，竹类的分布在黄河流域，可直到东部沿海。根据这些事实，我们可以假设，五千年以来，竹类分布的北限大约向南后退１°—３°纬度。对照黄河下游和长江下游各地温度，可以说五千年前的仰韶到三千年前的殷墟时代是中国的温和气候时代，比现在年平均温度高２℃左右，正月份的平均温度高３°—５℃。物候时期（公元前１１００——公元１４００年） 人们要知道一年中寒来暑往，常常用肉眼来看降霜下雪，河开河冻，树木抽芽发叶、开花结果，候鸟春来秋往，等等，这就是物候。物候学也可以说是没有观测仪器时代的气象学和气候学。我国劳动人民早在公元前十一世纪便开创了这种观测，积累了三千年的丰富材料。 中国的许多方块字，用会意象形来表示。在周朝（公元前１０６６年开始，定都于西安附近的镐京）初年的文件中，如衣帽、器皿、书籍、家具和乐器等名称都以“竹”为头，表示这些东西最初都是用竹子做成的。可见周初黄河流域竹类广泛生长，而现在则不行了。商周时代，黄河流域的劳动人民都从事农业和畜牧业。对于他们，季节的运行是很重要的事。人民采用各种方法来定春分，作为农业操作的开始时期。当时位于山东近海的郯国人民，每年观测家燕的最初来到以定春分，但是现在家燕３月２２日才到长江下游。郯城和长江下游的上海两地的年平均温度相差１．５℃，正月平均温度相差４．６℃。这个结果与考古时期用竹子分布区域变化的方法所得的结果是一致的。 周初温暖的气候不久就恶化了，汉江在公元前９０３年和８９７年就两次结冰。但是，到春秋时期（公元前７７０—４８１年）又和暖了。《左传》中往往提到，山东鲁国过冬，冰房得不到冰。周朝中期，黄河流域下游到处可以生长梅树。《诗经》中就有五次提过梅。《秦风》中有“终南何有？有条有梅”的诗句。终南山位于西安之南，现在无论是野生的还是栽培的，都无梅树了。而且在商周时期，梅子被普遍用来调和饮食，因当时不知有醋。这说明梅树的普遍性。战国秦汉时期，气候继续暖和。清初的张标研究了秦朝《吕氏春秋》中的物候资料，认为秦时春初物候要比清初早三个星期。汉朝司马迁在《史记》中描写了当时经济作物的分布，如桔在江陵（四川），桑在齐鲁（山东），竹在渭川（陕西），漆在陈夏（今河南南部）。这些亚热带植物的北界比现时都推向北方。公元前１１０年，黄河在瓠子决口，斩伐了河南淇园的竹子编筐盛石子来堵口，可见那时河南淇园竹子的繁茂。 到东汉时代，即公元之初，我国天气有趋于寒冷的趋势，有几次冬天严寒，国都洛阳晚春还降霜雪，但冷的时间不长。当时，河南南部的桔和柑还十分普遍。直到三国时代，曹操（公元１５５—２２０）在铜雀台（今河南临漳西南）种桔，已经不能结实了，气候已比司马迁时寒冷。曹操儿子曹丕在公元２２５年，到淮河广陵（今淮阴）视察十多万士兵演习。由于严寒，淮河忽然结冰，演习不得不停止。这是我们所知道的第一次有记载的淮河结冰。那时，气候已比现在寒冷。这种寒冷继续下来，直到第三世纪后半叶，特别是公元２８０—２８９年这十年间达到顶点。当时每年阴历４月份降霜，估计那时的年平均温度比现在低１°—２℃。南北朝时（公元４２０—５７９年），南京覆舟山筑有冰房，是用以保存食物新鲜的。那时南京的冬天应比现在要冷２℃，才能提供储藏需用的冰块。约在公元５３３—５４４年出版的《齐民要术》，总结了六朝以前中国农业最全面的知识。根据这本书，当时黄河以北阳历４月中旬杏花盛开，５月初旬桑树生叶，与现在相比约迟了两周到四周。此外，书中还讲到当时黄河流域石榴树过冬要“以蒲藁裹而缠之”，也表明六世纪上半叶比现在冷。 隋唐时代（公元５８１—９０７年）中，在第七世纪中期，气候变得和暖了。公元６５０年、６６９年和６７８年的冬季，国都长安无冰无雪。八世纪初和九世纪的初和中期，西安的皇宫里和南郊的曲池都种有梅花，而且还种有柑桔。公元７５１年皇宫中柑桔结实，公元８４１—８４７年也有过结实的记录。柑桔只能抵抗—８℃的低温，而现在的西安几乎每年的绝对最低温度都在—８℃以下。到公元十一世纪初期，华北已不知有梅树了。宋朝诗人苏轼（公元１０３６—１１０１年）有“关中幸无梅”的诗句。王安石（公元１０２１—１０８６年）嘲笑北方人误认梅为杏，他的咏红梅诗有“北人初不识，浑作杏花看”的句子。从这种物候的常识，就可知道唐宋两朝温寒的不同。十二世纪初期，中国气候加剧转寒。公元１１１１年太湖全部结冰，冰上还可以通车。太湖和洞庭山出了名的柑桔全部冻死。杭州落雪频繁，而且延到暮春。根据南宋的历史记载，从公元１１３１—１２６０年，每十年降雪平均最迟日期是４月９日，比十二世纪以前十年的最晚春雪约推迟一个月。公元１１５３—１１５５年，苏州附近的南运河冬天结冰。公元１１７０年阳历１０月，北京西山遍地皆雪。现在，这种现象是罕见的了。福州是中国东海岸生长荔枝的北限，一千多年来，曾有两次荔枝全部死亡，一次在公元１１１０年，另一次在１１７８年，均在十二世纪。 日本的封建主历年在西京花园设宴庆祝日本的樱花盛开，从公元九世纪至十九世纪，均有日期的记载，从而保留了一份物候记录。这个樱花开放时期，以第九世纪为最早，第十二世纪为最迟。 十二世纪刚结束，杭州的冬天又开始回暖。公元１２００年、１２１３年、１２１６年和１２２０年，杭州没有冰和雪。这个时候，北京的杏花也是在清明开放，与今日相同。这种温暖气候好象继续到十三世纪的后半叶。因为自隋唐在河内（今河南博爱）、西安和凤翔（陕西）设立的管理竹园的竹监司，在宋元两代断断续续，直到明朝（公元１３６８—１６４４年）末年才完全停止。从此，竹子在黄河以北不再作为经济林木而培植了。 十三世纪初和中期的比较温暖的期间是短暂的，不久冬季又严寒了。据收集到的记载，公元１３０９年，无锡一带运河结冰。公元１３２９年和１３５３年，太湖结冰数尺，桔树再次冻死。１３５１年阳历１１月黄河在山东境内就有冰块顺流而下，而近年河南和山东到１２月时黄河才出现冰块。当时家燕在北京是４月末来，８月初去，同现在物候记录相比，来去各晚早一周。可见，十四世纪比十三世纪和现时为冷。日本樱花物候也有同样的反映。 公元１２２１年丘处机从北京出发去中亚见成吉思汗，曾路过新疆赛里木湖。他称之为“天池”。他说，湖的四周有山环抱，山上盖雪，影映湖中。但是，现在那些山峰上已无雪了。那些山峰高约三千五百米，说明那时雪线在三千五百米以下。现代天山这部分的雪线位于三千七百至四千二百米，则十三世纪的雪线大约比现在低二百至五百米。在欧洲的俄罗斯平原，寒冷期约在１３５０年开始；在德意志、奥地利地区，１４２９—１４６５年是气候显然恶化的开始；在英格兰，１４３０年、１５５０年和１５９０年的歉收，也与天气寒冷有关。由此可见，寒冷的潮流开始于东亚，而逐渐向西移。方志时期（公元１４００——１９００年） 近人曾经根据六百六十五种方志统计了太湖、鄱阳湖、洞庭湖、汉江和淮河的结冰年代（十三世纪至二十世纪），以及近海平面的热带地区降雪落霜年数（十六世纪开始）。从这些材料可以看出，我国温暖冬季是１５５０—１６００年和１７２０—１８３０年间。寒冷冬季是在１４７０—１５２０年、１６２０—１７２０年和１８４０—１８９０年间。以世纪来分，则以十七世纪最冷，十九世纪次之。 这个结果与日本诹访湖（北纬３６°，东经１３８°）的结冰日数相比较，是近乎一致的。只是日本严冬开始和结束的年代，比中国提早四分之一世纪。 上面谈到十五世纪到十九世纪冬季是相对寒冷的，最冷的是十七世纪，特别是公元１６５０—１７００年间。例如，江西的桔园和柑园在公元１６５４年和１６７６年两次寒潮中，完全毁灭了。在这五十年期间，太湖、汉江和淮河均结冰四次，洞庭湖也结冰二次。我国热带地区，冰雪也极频繁。湖北沙市在１６０８—１６１７年记载有过桃、杏、丁香、海棠等开花日期，与今日武昌相比，要迟七天到十天。１６５３—１６５５年间北京物候记载与现在相比，也要差迟一、二星期。并且根据当时旅行记录，１６５３年１１月１８日天津运河已冰冻，不能通航，只得乘车到北京；１６５６年返程时，北京运河是３月５日解冻的。因此可以估计当时封冻期为一百零七天，而目前冰冻期只有五十六天。从物候的迟早可以估算北京在十七世纪中叶冬季要比现在冷２℃左右。仪器观测时期 清代（公元１６４４—１９１０年）北京、南京、杭州和苏州有过雨日的记载，根据秋季初次降雪到春节末次降雪的平均日期，得出结论是，１８０１—１８５０年间比其前的１７５１—１８００年间和其后的１８５１—１９００年间为温暖。这与上节资料是相符合的。 根据上海气温的趋势，十九世纪最后二十五年气候寒冷，１８９７年左右冬季温度达到平均值，随后在平均值以上约十四年。约在１９１０—１９２８年，温度又逐渐下降到平均值以下。然后升高，１９４５—１９５０年超出平均值０．６℃。此后，温度逐渐降低，１９６０年回到平均值。在这期间，天津的冬季温度趋势，也与上海类似，但顶峰和底点比上海早几年到来，幅度也较大；而香港的曲线波动顶峰和底点则比上海迟滞，幅度也较小。上海八十多年的气候变幅，在０．５—１℃上下摆动。这种摆动直接影响植物和动物的生产，间接控制病虫害的发生，以及影响农业操作和农业生产。 中国近八十年以来的温度变迁，已使天山雪线和冰川进退受到了影响。根据中国科学院冰川队的调查，证明在１９１０—１９６０的五十年间，由于气温升高了，天山雪线上升四十至五十米，西部冰川舌后退五百至一千米。东部天山冰川舌后退二百至四百米。同时，森林上限也升高一点。因为发现有新鲜的冰川堆积物，无论是在风化程度还是在土壤、植被发展方面，都明显地区别于古老的冰川堆积，所以可以认为现在覆盖在天山高峰的冰川是历史时代（即１１００—１９００年寒冷期）的产物，而不是第四纪冰川期的残余。 本文可导致下列初步性结论：（一）在我国近五千年中的最初二千年（即从原始氏族时代的仰韶文化到奴隶社会的安阳殷墟），大部分时间的年平均温度高于现在２℃左右。一月温度大约比现在高３°—５℃。（二）在那以后，有一系列的上下摆动，其最低温度在公元前１０００年、公元４００年、１２００年和１７００年，摆动的范围为１°—２℃。（三）在每一个四百至八百年的期间里，可以分出五十至一百年为周期的小循环，温度升降范围是０．５°—１℃。（四）上述循环中，任何最冷的时期，似乎都是从东亚太平洋海岸开始，寒冷波动向西传播到欧洲和非洲的大西洋海岸，同时也有从北向南传播的趋势。 我们把公元三世纪以来欧洲温度升降与中国的作一对比，发现两地温度波澜起伏是有联系的。在同一波澜起伏中，欧洲的波动往往落在中国之后。由于一地的雪线升降与温度有一定关系，将我们的结果与挪威的雪线高低相比，大体也是一致的，但有先后参差之别。只是公元前400年（战国时代），挪威出现过一个中国所没有的寒冷时期。

温度预计要升高3°C（Mean)，温升小于1.5°C的可能性小于等于10%（80%置信区间）。

Analysis of models together with constraints from observations suggest that the equilibrium climate sensitivity is likely to be in the range 2°C to 4.5°C,with a best estimate value of about 3°C. It is very unlikely to be less than 1.5°C.

Likelihood Terminology Likelihood of the occurrence/ outcome

Virtually certain > 99% probability

Extremely likely > 95% probability

Very likely > 90% probability

Likely > 66% probability

More likely than not > 50% probability

About as likely as not 33 to 66% probability

Unlikely < 33% probability

Very unlikely < 10% probability

Extremely unlikely < 5% probability

Exceptionally unlikely < 1% probability