国近五千年来气候变迁的初步研究

中国近五千年来气候变迁的初步研究*《天道与人文·二、古今气候变迁考》4竺可桢池月山云/知识小品/《天道与人文》论著选载113中国古代哲学家和文学家如沈括(1030—1094)、刘献廷(1648—1695)对于中国历史时期的气候无常，早有怀疑。但他们拿不出很多实质性事实以资佐证，所以后人未曾多加注意。直到20世纪20年代，“五四”运动即反帝反封建运动之后，中国开始产生了一种新的革命精神，近代科学也受到推动和扩展，例如应用科学方法进行考古发掘，并根据发掘材料对古代历史、地理、气象等进行研究。殷墟甲骨文首先引起一些学者的注意，有人据此推断在3000年前，黄河流域同今日长江流域一样温暖潮湿。近3000年来，中国气候经历了许多变动，但它同人类历史社会的变化相比毕竟缓慢得多，有人不了解这一点，仅仅根据零星片断的材料而夸大气候变化的幅度和重要性，这是不对的。当时作者也曾根据雨量的变化去研究中国的气候变化，由于雨量的变化往往受地域的影响，因此很难得出正确的结果。________________________*本文原载于《考古学报》1972年第1期。此处根据作者修改后的刊本，节录“前言”与“结论”，有删节。20世纪初期，奥地利的汉恩(J．Hann)教授以为在人类历史时期，世界气候并无变动。这种唯心主义的论断已被我国历史记录所否定，从下面的论述就可以知道。在世界上，古气候学这门学科好像到了20世纪60年代才引起地球物理科学家的注意。在60年代，曾举行过三次古气候学的世界会议。在这几次会议上提出的文章，多半是关于地质时代的气候，只有少数讨论到历史时代的气候。无疑，这是由于在西方和东方国家中，在历史时期缺乏天文学、气象学和地球物理学现象的可靠记载。在这方面，只有我国的材料最丰富。在我国的许多古文献中，有着台风、洪水、旱灾、冰冻等一系列自然灾害的记载，以及太阳黑子、极光和彗星等不平常的现象的记录。1955年，《天文学报》发表了《古新星新表》一文，文中包括18世纪以前的90个新星。这篇文章出版以后，极为世界上的天文学家所重视。1956年，中国科学院出版两卷《中国地震资料年表》，包括公元前12世纪到1955年之间的1180次大地震。这一工作除了为我国的社会主义建设提供不可缺少的参考资料以外，中外地震学家都非常欢迎这两卷书。在中国的历史文件中，有丰富的过去的气象学和物候学的记载。除历代官方史书记载外，很多地区的地理志(方志)以及个人日记和旅行报告都有记载，可惜都非常分散。本篇论文，只能就手边的材料进行初步的分析，希望能够把近5000年来气候变化的主要趋势写出一个简单扼要的轮廓。根据手边材料的性质，近5000年的时间可分为四个时期：一、考古时期。大约公元前3000年至前1100年，当时没有文字记载(刻在甲骨上的例外)。二、物候时期。公元前1100年到公元1400年，当时有对于物候的文字记载，但无详细的区域报告。三、方志时期。从公元1400年到1900年，在我国大半地区有当地写的而时加修改的方志。四、仪器观测时期。我国自1900年以来，开始有仪器观测气象记载，但局限于东部沿海区域。气候因素的变迁极为复杂，必须选定一个因素作为指标。如雨量为气候的重要因素，但不适合于做度量气候变迁的指标。原因是在东亚季风区域内，雨量的变动常趋极端，非旱即涝；再则邻近两地雨量可以大不相同。相反地，温度的变迁微小，虽摄氏一度之差，亦可精密量出，在冬、春季节即能影响农作物的生长。而且冬季温度因受北面西伯利亚高气压的控制，使我国东部沿海地区温度升降比较统一，所以本文以冬季温度的升降作为我国气候变动的唯一指标。40或50年前，欧美大多数正统气候学家相信，气候在历史时代是稳定的。根据当时奥地利的汉恩的意见，如果有一个地方做了30年的温度记载或40年的降雨记载，我们就能给那个地方建立起一个标准。这个标准能够代表历史上过去和将来若干世纪的温度和雨量。这种见解，已为世界近数十年来收集的气象资料所否定。在我国，古代作家如《梦溪笔谈》的作者沈括、《农丹》的作者张标和《广阳杂记》的作者刘献廷，均怀疑历史时代气候的恒定性，且提出各朝代气候变异的事例，记载于上述书籍中。对于中国气候的发展史，中国的文献是一个宝库，我们应当好好地加以研究。本文对我国近5000年来的气候史的初步研究，可导致下列初步结论：(1)在近5000年中的最初2000年，即从仰韶文化到安阳殷墟，大部分时间的年平均温度高于现在2℃左右。1月温度大约比现在高3℃—5℃，其间上下波动，目前限于材料，无法探讨。(2)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，摆动范围为1℃—2℃。(3)在每一个400年至800年的期间里，可以分出50年至100年为周期的小循环，温度范围是0.5℃—1℃。(4)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，寒冷波动向西传布到欧洲和非洲的大西洋海岸，同时也有从北向南趋势。我国气候在历史时代的波动与世界其他区域比较，可以明显看出，气候的波动是全世界性的，虽然最冷年和最暖年可以在不同的年代，但彼此是先后呼应的。关于欧洲历史上的气候变迁，英国布鲁克斯(C．P．E．Brooks)是20世纪前半期最有成绩的作者。我们把他所制的公元3世纪以来欧洲温度升降图与中国同期温度变迁图作一对照就可以看出，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。如12世纪是中国近代历史上最寒冷的一个时期，但是在欧洲，12世纪却是一个温暖时期，到13世纪才寒冷下来。如17世纪的寒冷，中国也比欧洲早了50年。欧洲和中国气候息息相关是有理由的。因为这两个区域的寒冷冬天，都受西伯利亚高气压的控制。如西伯利亚的高气压向东扩展，中国北部西北风强，则中国严寒而欧洲温暖。相反，如西伯利亚高气压倾向欧洲，欧洲东北风强，则北欧受灾而中国温和。只有当西伯利亚高压足以控制全部欧亚时，两方就要同时出现严寒。挪威的冰川学家曾根据地面升降的结果，做出近10000年来挪威的雪线升降图。雪线的升降与一地的温度有密切关系。一时代气候温暖则雪线上升，时代转寒，雪线下降。以我国5000年来气温升降与挪威的雪线高低相比(图)，大体是一致的，但有先后参差之别。图中温度0线是现今的温度水平，在殷、周、汉、唐时代，温度高于现代；唐代以后，温度低于现代。挪威雪线也有这种趋势。但在战国时期，公元前400年，出现一个寒期为中国所无。尚有一点须指出，即雪线高低虽与温度有密切关系，但还要看雨量的多少和雨量季节的分配，所以不能把雪线上下的曲线完全用来代表温度的升降。最近丹麦首都哥本哈根大学物理研究所丹斯加德(W．Dansgaard)教授，在格陵兰岛上CampCentury地方的冰川块中，以180的同位素方法研究结冰时的气温。结果是：结冰时气温高时，18O同位素就增加，气温增加1℃，δ(18O)‰就增加0.69‰。兹将丹斯加德所制近1700年来格陵兰岛气温升降图与本文中用物候所测得的同时间中国气温图作一比较，①__________________________①原文有“1700年来世界温度波动趋势图”，此处略去——编者。从三国到六朝时期的低温，唐代的高温到南宋、清初的两次骤寒，两地都是一致的，只是时间上稍有参差。如12世纪初期格陵兰岛尚有高温，而中国南宋严寒时期已开始。但相差也不过三四十年，格陵兰岛温度就迅速下降至平均以下。若以欧洲相比，则欧洲在12、13世纪天气非常温暖，与中国和格陵兰岛均不相同。若追溯到3000年以前，中国《竹书纪年》中所记载的寒冷，在欧洲没有发现，到战国时期，欧洲才冷了下来。但在约翰逊(S．G．Johnsen)和丹斯加德的图表中就可以看出，①距今3000年前格陵兰岛曾经一次300年的寒冷时期，与《竹书纪年》的记录相呼应。到距今2500年到2000年间，即在我国战国、秦、汉间，格陵兰岛却与中国一样有温和的气候。凡此均说明格陵兰岛古代气候变迁与中国是一致的，而与西欧则不相同。格陵兰岛与中国相距2万余公里，而古代气候变动如出一辙，足以说明这种变动是全球性的。作者认为这是由于格陵兰岛和我国纬度高低不同，但都处在大陆的东缘，虽面临海洋，仍然是大陆性气候，与西欧的海洋性气候所受大气环流影响不相同。加拿大地质调查所在东部安大略省(北纬50°、西经90°)地方用古代土壤中所遗留的孢子花粉研究，得出的结果，也是距今3000年至2500年前有一次寒冷时期；但嗣后又转暖的情况，与中国和格陵兰岛相似。我国涂长望曾研究“中国气温与同时世界浪动之相关系数”，得出结论：中国冬季(12月至2月)温度与北大西洋浪动的相关系数是正的，虽是指数不大，换言之，即中国冬季温度与北美洲大西洋岸冬季温度有类似的变化。总之，地球上气候大的变动是受太阳辐射所控制的，所以，如冰川时期的寒冷是全世界一律的。但气候上小的变动，如年温1℃—2℃的变动，则受大气环流所左右，大陆气候与海洋气候作用不同，在此即可发生影响。________________________①表略——编者。本文主要用物候方法来揣测古气候的变迁。物候是最古老的一种气候标志；用18O和16O的比例来测定古代冰和水的古气温是1947年W．D．Urry的新发现，而两种方法得出的结果竞能大体符合，也证明了用古史书所载物候材料来做古气候研究是一个有效的方法。我们若能掌握过去气候变动的规律，则对于将来气候的长期预报必能有所补益。本文只是初步探讨，对于古气候说明的问题无几，而所引起的问题却不少。我们若能贯彻“古为今用”的方针，充分利用我国丰富的古代物候、考古资料，从古代气候研究中作出周期性的长期预报，只要努力去做，是可以得出结果的。毛主席教导我们：“在生产斗争和科学实验范围内，人类总是不断发展的，自然界也总是不断发展的，永远不会停止在一个水平上。”有些人认为在人类历史时期，世界气候并无变动。这种唯心主义的论断，已被我国历史记录所否定。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，