气候变迁
一、大冰期与气候变化
关于地球远古时代的气候，随着时代的久远，我们的认识有些模糊不清。
地球形成为行星大约在55±5亿年前，从那时候开始直到46亿年前，地球上充满原始大气，并且逐渐逃逸。从46亿年前开始，地球进入到地质年代，逐渐产生次生大气，大约在30亿前，地球上出现生命，开始改造地球大气，到寒武纪，大气才被生物改造成现在这个样子。但是，在古生代以前的古气候，几乎是一无所知，到了古生代，古气候状况才逐渐清楚起来。
我们大体上知道，在地质时期反复经过几次大冰期，其中从古生代以来，就有三次大冰期。它们是：震旦纪大冰期，古炭-二叠纪大冰期，第四纪大冰期。大冰期之间是比较温暖的间冰期。
每两次冰期之间，大约是2～3亿年。为什么有这样长的周期呢？一种意见认为，可能与造山运动有关系。地质上的大造山运动，往往使地面起伏程度加大，全球变冷。因为山脉越高，引起大气的热机效率就越高，上升运动增强，云雨增多，反射率增大，地面接收的太阳辐射能量减少，地表变冷。
三次大冰期与地质时代三次强烈的造山运动相对应。震旦纪大冰期产生在元古代末地壳运动以后，石炭纪-二叠纪大冰期与海西运动相对应，属四纪大冰期与喜马拉雅运动对应。这不是偶然的。现在喜马拉雅山还在升高，造山运动并未停止，所以第四纪大冰期还远未结束。现在喜马拉雅运动还不到7000万年，第四纪大冰期还只200多万年。所以这次大冰期还会延续下去，至少还要持续1～2万年。
另一种意见认为，地质历史上的大冰期和大间冰期，是由于地球的黄道倾斜的大波动造成的。这种观点认为，黄道倾斜的范围是在0°～54°之间，黄道倾斜大的时期代表着冰川流行的时期，在三次大冰期期间，黄道倾斜曾有过10°～23.5°的变化。
那么，造山运动为什么也有2亿～3亿年的周期呢？地球黄道倾斜为什么也有2～3亿年的波动呢？澳大利亚人威廉斯认为，这种气候变迁与地球在银河系的位置有关系。因为地球不停地绕太阳公转，整个太阳系也绕着银河系中心公转。这样转一圈的时间约2.5亿年，太阳系又回到原来的位置。
二、第四纪冰期的气候变化
我们说现代正处在第四纪大冰期中，其实，第四纪大冰期中的气候也有很大的变化，曾经出现几次亚冰期和亚间冰期。变化的时间短则几千年，长则几万年或十几万年。
在20世纪初，地质学家根据阿尔卑斯山区的资料，确定那里存在四次亚冰期的规律。这就是：群智亚冰期、民德亚冰期、里斯亚冰期和武木亚冰期。在这些亚冰期之间是亚间冰期。以后在北欧、北美、亚洲等地也纷纷找到了对应的亚冰期。在我国对应的亚冰期是：鄱阳亚冰期、大姑亚冰期、庐山亚冰期和大理亚冰期。
在第四纪的冰期中，仍然有寒冷和温暖更替。在寒冷时期，雪线高度下降，冰川前进，出现亚冰期，以民德（我国为大姑）亚冰期和里斯（庐山）亚冰期的冰川规模最大，群智亚冰期规模最小。在温暖时期，气温升高，雪线高度上升，冰川退缩，出现亚间冰期。民德—里斯（大姑—庐山）亚间冰期长达17～18万年。在第四纪大冰期，高纬度气温的急剧下降，导致两极地区形成永久冰盖；在亚冰期，冰川一直伸展到中纬度，在亚间冰期才退缩到高纬度。
根据科学研究发现，从亚间冰期向亚冰期过渡时，气候常呈渐变形式，其中没有清楚的界线。从亚冰期向亚间冰期过渡时，气候常呈突变形式，两者之间有明确的分界线，科学家们称为终止线。在距今1.1万年前后出现了一条终止线，标志着最近一次亚冰期结束了，随之而来的是一次新的亚间冰期，气候由冷增暖。
在第四纪大冰期中，为什么会有亚冰期和亚间冰期的更替呢？按照前南斯拉夫气候学家来兰柯维奇在20世纪30年代提出的理论，是由于地球轨道三要素的自然小波动造成的。地球轨道三要素是指：地球轨道的偏心率、地轴的倾斜度和春分点的位置。
地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。这样，地球处在轨道的不同位置，距离太阳的远近就不相同，获得的太阳辐射能量就有差异，如冬季在远日点，夏季在近日点，冬季就寒冷而漫长，夏季炎热而短促。地球轨道现在的偏心率是0.164，但是偏心率在0～0.06的范围内变动，它的变动周期约为96000年。偏心率的变化影响日地距离，从而影响太阳辐射强度，导致影响地球上的气候。
地球在春分点处在地球公转轨道上的什么位置，将影响季节的起止时间，也会使近日点和远日点的时间发生变化。地球在春分点的位置，是沿着地球公转轨道向西缓慢地移动，大约每21000年，春分点的位置在地球公转轨道上移动一周。春分节气的时间，每隔70年就要推迟一天。现在北半球夏季远日，冬季近日，夏季比冬季长8天。大约10000年后，就会变成冬季远日，夏季近日，冬季反而会比夏季长8天。就是说，不太冷而且短促的冬季，将会变成寒冷而漫长的冬季。
地轨倾斜又称黄赤交角，是地球上产生四季的原因。地轨倾斜度的变化，会导致回归线和极圈的纬度发生变化，从而改变地球上的季节。地轨倾斜使回归线在纬度22.1°～24.4°之间变化，使极圈在67.9°～65.76°之间变化。变动的时间周期41000年。地轨倾斜度增大时，回归线纬度升高，极圈纬度降低，高纬度的年太阳辐射总量增加，冬寒夏热、气温年较差增大，低纬度的年太阳辐射总量减少。地轨倾斜度减少时，高纬度冬暖夏凉，气温年较差减少，夏季温度低更有利于冰川发展。
三、历史时代的气候变化
从第四纪更新世晚期，距今约1.1万年前后开始，地球从第四纪冰期中的最近一次亚冰期，进入到现代的亚间冰期，人们也称之为冰后期。这一段时间大体上相当于人类进入到有文字记载的历史时代。关于这时期的气候，挪威的冰川学家曾做出近10000年来的雪线升降图，说明雪线升降幅度并不小，表明冰后期以来，气候有明显的变化。我国有悠久的历史记载，竺可桢将这些记载加以整理分析，发现我国在5000多年来的气候有4次温暖期和4次寒冷期交替出现。
近5000年来，虽然是寒冷期与温暖期交替出现，但是总的趋势是由温暖向寒冷变化，寒冷期一次比一次长，一次比一次冷。在第二次寒期，只有淮河在公元225年有封冻。而在第四个寒冷期的1670年，长江都几乎封冻了。
有趣的事情是：挪威冰川学家用雪线高度表示气温升降，竺可桢用的是历史文献记载资料，结果却十分一致，说明冰后期以来的气候变化具有全球的普遍性，绝对不是一种巧合。
四、近代的气候变化
从1850年农业机械化开始以来，近100多年来的气候变化，我们称之为近代气候变化。近百年来气候变化的基本趋势是：1961年以后的世界气候与20世纪前半期相比有显著不同，而与19世纪后半期相类似。从19世纪末期开始到20世纪40年代，是世界性气候增暖时期，增暖的趋势在20世纪40年代达到顶峰，以后温度下降，20世纪60年代后变冷更加明显，这次变化很可能是近10000年来的一次气候振动。
这种振动可以从大气环流变化中得到解释。根据英国气候学家拉姆巴的说法，从1895年开始，世界环流突然由经向环流占优势的时期，转变为纬向环流占优势的时期。从此，纬向环流不断加强。到1940年前后达到最盛时期；随后，纬向环流又逐渐减弱，经向环流又逐渐加强，到1961年前后，纬向环流显著减退，重新恢复成为经向环流占优势的时期。
在纬向环流强盛时期，气旋性活动增强，行星风系影响加剧，南北半球的气候带向两极方向移动。在纬向环流衰弱的时期，反气旋性活动加强，季风发达，南北半球高低纬度之间气流交换频繁。地球上的气候带向赤道方向移动。可见，世界环流型式的改变，对全球性气候变化的影响多么巨大。
五、人类活动对气候的影响
从有人类活动以来，人类就开始影响气候。随着人类社会经济的发展，人类影响气候的规模和深度也不断发展。
在人类历史初期，人类还完全是气候的奴隶，人类活动完全受气候条件的限制，只能生活在温暖湿润的热带森林中。大约在进入石器时代之前，人类还处在自生自灭状态。进入石器时代以后，人类掌握了火，才开始增强对气候的适应能力。这个痛苦的过程，至少经历了100多万年。
以后，人类开始对周围的气候实行局部地有限地改造，衣着和房屋就是一个标志。往后，人们在农业和其他生产活动中，也开始局部地改变着气候。产业革命以来，科学技术飞速发展，人们不但能在各种不同的自然气候条件下采取措施，取得人类适应的气候；而且能够在规模越来越大的局部范围内改造气候。人工控制天气也在发展着。随着人们认识水平的提高和技术能力的增长，人类主动规划环境，改造气候，把气候环境引向有利于人类的方向发展，已构成现代科学的一个重要特点。
从历史事实来看，人类有对气候有目的地主动积极地改造的方面，也有盲目地消极被动地使气候恶化的方面。
运用衣着、房屋改造气候，是人类为了适应气候条件，而建立适合自己生存与生活环境的一种技术行为。共同的特点是：在大气候的背景条件下，建立起一种适合人类生存与生活的人工小气候环境，从而达到保温、御寒、防风的目的。不同点在于衣着是包装人体的气候壳，能够随着人体移动，能够随着天气气候变化增减衣服的厚度和层次，能够随着经济水平的差异使用不同的衣着材料，从而控制并调节小气候；房屋则不能移动，不能随意增减厚度和层次，不能随意变更建筑材料。房屋是固定的，只能依靠门窗局部调节，材料的选用，建筑结构和形式的设计，平面布局的安排，都是为了适应气候环境的一种优化选择。
改变地球表面形态，如植树造林、灌溉农田、干化沼泽、建造水库，也能够改变局部气候环境。植树造林可以挡风挡沙，保持土壤水分，改变空气温度和湿度。建造水库和进行灌溉虽然并不是直接为了改造气候，但是却起到减小气温年、日较差，提高最低温度和平均温度，增加湿度和降水量的作用。
从消极方面看，人类了取得自身的利益，盲目垦荒、刀耕火种、破坏森林，造成水土流失，使气候恶化。因为森林是地球表面的重要保护层，它对地面水分和热量的保存、交换都有很大作用。据估计，500万亩森林的蓄水量，相当于一亿立方米的水库。在干旱地区的护田林带，能使空气相对湿度提高10%～15%，能使土壤含水量增加22～27毫米。这就是人们呼吁保护森林的气候意义。
人类活动的盲目性还表现在工业污染物的增加。工业发展的一个结果，就是废物、废水、废气和余热的大量排放。使土壤、水体和大气遭到严重污染。在极大程度上改变了大气成分，大气混浊度和热性质，从而导致气温和降水量等气候要素发生变化。
我们前面已经提到，大气中的二氧化碳（CO2），水汽（H2O），及其他微量气体，如甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、氯氟碳化合物（俗称氟利昂（CFCL3），对地面气候都有温室效应，所以人们称之为温室气体。人类活动排放出来的温室气体，使大气的温室效应增强，导致整个地球气温升高。自从产业革命以来，大气中二氧化碳含量上升约25%，甲烷上升160%，一氧化二氮上升8%，氟利昂以前根本就没有过。这些气体在大气中可以长期停留，使温室效应不断增强。根据气候学家们分析，由于温室气体的作用，21世纪，地表气温可能升高1.5℃～4.5℃。地球增暖的结果，随之而来的将是海洋变暖，南极大陆和格陵兰冰盖融化，海平面上升。由于工农业发达、人口稠密的地方，正好多分布在沿海地区，海平面上升会给人类带来严重的灾难。我国的所有海滨地带，都在遭受灾害的范围内，主要受灾地区可能是华北平原，长江三角洲和珠江三角洲地区。21世纪全球气候变暖后怎么办呢？已经引起各国政府和人民的关注。
六、气候变化对人类的影响
人类影响气候，气候也影响人类。短时间的气候变化，特别极端的异常气候现象，如干旱、洪涝、冻害、冰雹、沙暴等等，往往造成严重的自然灾害，足以给人类社会造成毁灭性的打击。比如，1943～1954年孟加拉地区的暴雨灾害，引起了20世纪最大的饥荒，饿死人口达300～400万。1968年～1973年非洲干旱是非洲人民的一次大灾难，使得乍得、尼日尔、埃塞俄比亚的牲口损失70%～90%，仅在埃塞俄比亚的沃洛省就饿死20万人。当然，这种打击往往是短暂的、局部的，虽然不至于影响生态系统，但是对人类造成的灾害却十分大。
长期的气候变化，即使变化比较缓慢，也会使生态系统发生本质性的改变，使生产布局和生产方式完全改观，从而影响人类社会的经济生活。
例如，在公元前3000～1000年的温暖时期，竹类在黄河流域直到东部沿海都有广泛分布；安阳殷墟发现有水牛和野猪等热带亚热带动物；甲骨文记载打猎时获得一象，表明殷墟的化石象是土产的。河南原称豫州，就是一个人牵着大象的标志。商、周时代，梅子是北方人民重要的日常食品。《诗经》说：“若作和羹，尔唯盐梅”。可见当时梅子是和盐一样重要的食品，是做菜不可缺少的佐料。《诗经》说：“终南何月，有条有梅”。终南山在西安之南，宋代以来就无梅了。陕西、山西等地人民只好用醋代替梅了。
秦汉时期气候也比较温暖，《史记》记载当时经济作物的地理分布是：“桔之在江陵，桑之在齐鲁，竹之在渭川，漆之在陈夏。”可知当时亚热带植物的地界比现在更加偏北。
由于气候变化直接影响农作物的地理分布，必然会影响以农产品为原料的工业布局。例如，在先秦到西汉以前，我国丝织业布局是北丝南麻，丝织业绝大部分在黄河中、下游和冀中平原，当时最大的丝纺业中心在河北定县，其他较小的中心也都在河北，河南和山东一带；长江流域及南方各地则主要生产麻织物；西汉时期，蜀中仅以产麻布著名。虽然在东汉到魏晋以后，中原地区战乱频繁，经济下降剧烈，南方各地社会生活则相对安定，丝织业有所发展，可是北丝南麻的布局一直维持到隋唐时代。从气候变迁情况看，至隋唐时代，虽然气候也有变化，但是平均气温仍暖于现代，可见丝绸之路出现在北方是有原因的。
北丝南麻布局的改变发生在宋代。由于气候变冷，气温已低于现代，北方不利于桑蚕生产生殖，再加上唐末五代时北方战乱，南方经济上升，丝织业规模逐渐超过北方。北宋时镇江，三台已形成为全国丝织业中心。南宋时，南京、常州、镇江、苏州都拥有巨大的丝织业生产能力。丝织业重心南移，正好相当于我国气候由温暖到寒冷的时期，这个历史经验是值得我们研究的。
气候变迁对农业耕作也有影响，孟子和荀子都说，他们那个时候，齐、鲁（河北、山东一带）农业种植可以一年两熟。在这些地方直到解放初期，还只习惯于两年三熟。唐朝的生长季也比现在长，《蛮书》（约成书于862年）说，曲靖以南，滇池以西，一年收获两季作物，9月收稻，4月小麦或大麦。而现代由于生长季缩短，不得不种豌豆和蚕豆，以代替小麦和大麦。
这种历史经验仍有现实意义。例如，如果气候变暖，就可以考虑双季稻向高纬度、向高海拔扩展；若气候变冷，就得采取措施，缩短水稻的生长时间。现在流行的热门话题是：地球将会变暖。面临着这种可能出现的现实，我们将采取什么样的战略性对策呢？
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