足不出户，领略过去几千年的气候变化

　　各王朝风谲云诡、英雄辈出，让人总有想去一展身手的冲动。假设我们真的发明了可以游走在四维甚至更高维度空间的机器，超光速穿越到过去也就成为了可能。
　　最朴质的问题之一是，过去有多冷（暖）。
　　另一种办法是，找到一个时空扭曲的虫洞，钻过去，穿越成就马上get。
　　现代人利用系统性仪器观测天气气候的历史不超过三百年。你一定有疑问，更早的气候变化是如何被古气候学家知晓的。
　　深海沉积物、冰芯和黄土被视为古气候研究最有力的三大载体
　　且不提时间跨度在万年甚至百万年的气候变化。和我们最为息息相关的，自然是中华上下五千年里，我们祖先到底经历了怎样的冷暖干湿变化。要解决这一问题，必须要先知道，我们能从哪些信息中获得这种变化。
　　有人说，我们中华文明有很多的文字记录，可以用来恢复过去的气候么？答案是肯定的。
　　我国古代是传统的农业社会。王以民为天，民以食为天。自然，要想民众过得舒心不造反，保证粮食的好收成是极其重要的。而收成好的前提是一年的风调雨顺，因此，历朝历代帝王对气候天象格外重视。
　　在距今约三千年前的殷墟甲骨文卜辞上，风、雪、雹、雨、霾等和四季的记载已经出现。据张德二《中国三千年气象记录总集》中的统计，殷墟出土的甲骨文中，共有345例与天气气候相关。
　　王宾仲丁刻辞图源：国家博物馆
　　划线内容为出虹自北引于河，意思是雨后彩虹从北边天上出现，把头伸到河里饮水。殷人认为这是不吉之兆。
　　再如，一些流传在世的文献古籍也在只言片语中记录了珍贵的物候信息。
　　《尔雅》中以地气之发，天不应曰雾、风而雨土为霾、甘雨时降，万物以嘉，谓之醴泉、雨霓为霄雪等解释雾霾、风雨、雪霜天气；
　　《春秋》中记载，当冬日天空中出现天上同云时，预示着要雨雪雰雰；当夏季有渰萋萋（乌云展布）时，则将兴雨祁祁，一场大雨避免不了。
　　《诗经》中以天将阴雨，鹳鸣于至写雨来袭之前鸟鸣的物候现象；以春日载阳，有鸣仓庚；女执懿筐，遵彼微行，爱求柔桑指示农事活动利用黄莺叫指示采桑活动的时机。
　　更晚时期，《梦溪笔谈》也有解释彩虹原理的部分：虹乃雨中日影也，日照雨则有之；
　　再如苏洵《辨奸论》中也有预报风雨的记载：月晕而风，楚润而雨。
　　如此种种经验预报，在某种程度上，已经是大数据之下的成熟经验了。
　　什么是物候春去秋来，霜降大雪，燕子南迁，河开河冻，庄稼发芽，叶落归根等等，在每年的特定时间发生，就是物候。用书面一点的语言说，物候是生物因为长期适应光照、降水、温度等条件而发生的周期性变化，形成与这种生长条件相适应的生长发育节律。
　　一些物候现象图源：图虫创意
　　还有我们熟知的农谚，也是万千先民在农业生产实践中、因靠天吃饭而总结出的各种经验。
　　有些和农业生产息息相关，比如穷人不听富人哄，阎王刺开花撒谷种，说的是阎王刺开花时水稻就可以播种；
　　还有一些则提醒人们注意天冷添衣，天热更衣。红云变黑云，必有大雨淋、天上跑台云，地上雨淋淋说的是大雨的前兆；鸡在高处鸣，雨止天要晴、朝霞雨，晚霞晴讲述的是雨后何时放晴等等。
　　国家也设置了观察天象的官员为农业服务。东汉著书的《后汉书百官志二》记载了太史令和其下属的明台丞和灵台丞在记录天气、天象、国家历史方面的职责：
　　太史令一人，六百石。本注曰：掌天时、星历。凡岁将终，奏新年历。凡国祭祀、丧、娶之事，掌奏良日及时节禁忌。凡国有瑞应、灾异，掌记之。堂及灵台丞一人，二百石。本注曰：二丞，掌守明堂、灵台。灵台掌候日月星气，皆属太史。
　　到后来，太史逐渐演变为只主持占候和推算历法，在明、清二朝有了我们熟知的名字钦天监。（热知识：司马迁、张衡、班固等人生前都曾任太史令）
　　根据这些史料文献的记载，竺可桢先生绘制了过去5000年的温度变化概图，和世界气候变化格局类似（如下图），呈周期性的冷暖波动变化。
　　由于战乱、对偏远地区的不重视等，文献史料并不是全面的，还需结合其他的气候载体进行分析，才能获得更加连续的气候变化曲线。
　　一些被发现于古代遗址中的遗迹遗骸在某种程度上也能说明问题。
　　在今浙江余姚发现的河姆渡文化中，出土了中国最早的象牙雕刻。我们知道，大象一般生活在炎热潮湿的热带亚热带环境中，比如云南西双版纳地区。河姆渡人不可能千里迢迢只为象牙，合理的解释便是：当时大象群曾在长江中下游地区生存。换言之，当时的气候条件比现在更热。
　　再如，半坡遗址中出土了獐、竹鼠等亚热带动物的骨骼、河南安阳殷墟中出土的象、貘、水牛、獐等，都是对当时气候暖于目前很好的印证。
　　中国历史七年级上册对半坡文化的描述
　　遗址、湖泊、海洋、古土壤中存在的孢粉（孢子和花粉）、植硅体也能定性半定量地确定某段时间内的气候变化。
　　其原理是，气候的变化势必导致主要作物的变化。Xu等人（2013）对东海冲绳海槽DG9603钻孔的孢粉进行分析后发现，陆地气候在距今约1。5万年前突然升温，在距今约1。291。15万年期间短期降温，但海洋变暖超前陆地气候变暖约34千年，以此说明海陆气候变化的不同时性；Zhang等人（2020）对广东湛江湖光岩玛珥湖6万年以来的植硅体和孢粉研究揭示出过去七次千年级的干旱事件，等等。
　　湖光岩玛珥湖6万年来主要植硅体和花粉类型百分含量
　　一些植硅体图片（Yang，2012）
　　值得注意的是，植物也在不断地适应新环境，当下植物偏爱的生长条件并不一定代表其过去的口味。因此，找到其他佐证也相当重要。
　　比如我们身边的大树。
　　树木横截面上一层一层、深浅相间的同心圆环，是树木一年年生长的印记。这种年轮可以高效详实地记录树木生长期间每年的降水、气温，甚至是森林火灾。很神奇是不是？
　　以温带地区树木的生长为例，他的原理在于，树木在春季开始生长，木质细胞壁薄，排列松散，肉眼看上去颜色偏浅；而夏季以后，木质细胞壁变厚，细胞体积变小，纤维较多的情况下，颜色自然变深了。等到秋季结束便停止生长，这样就形成了内浅外深的一圈年轮。
　　如果一年高温多雨、气候潮湿，年轮相对较粗；如果深色层越厚，则说明冷季更长等等。通过测量年轮深浅层的厚度和颜色比较，区域的干湿冷暖情况便一目了然。
　　工人在钻取树轮样品
　　树轮图源：图虫创意
　　要想找到囊括几百年甚至千年以上气候信息的树轮，可不是那么好找。
　　目前有两个办法，第一是通过钻取古代陵墓中的木质棺椁的年轮信息，获得精确的古气候信息；第二种是，通过林业部门获得树龄在百年以上树木群的地域范围，在野外实地勘察获得。（都不容易啊）
　　江苏连云港市博物馆双龙汉墓出土棺椁复原场景
　　年纹层对获取高分辨率千年气候变化有极好的帮助。除了树轮，冰芯、湖泊、珊瑚、石笋等都含有年纹层。和树轮记录古气候的原理类似，明暗交错形成的年纹层记录了一年年的变化记录。通过仪器测试和数学方法提取其中的信息，即可获得我们想要的气候变化信息。
　　有年纹层的气候载体（Ruddiman，2007）
　　图注：与树木年轮相比，冰芯记录的信息量更多。冰芯中的气泡更是储存了当时的大气情况。分析冰芯中滞留气泡的大气化学成分，即可测得其二氧化碳、甲烷等气体的含量。获取冰芯并不容易：一根冰芯的获取需要若干年的时间、流动的冰层也不能囊括在钻取之列。
　　甘肃乌鸦洞石笋（Tan，etal，2014）
　　有了这些载体，我们便能更好地获得过去历史时期气候的变化，进而，可以从气候变化的角度分析王朝的兴衰等等，提供一些有趣的思考。
　　有兴趣的话，不妨等等关于各朝代气候变化的下一期：
　　参考文献：
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　　编辑：万鹏
　　美编：蒋青青
　　校对：李玉钤、赵娜