说到气候,不能不提物候学创始人竺可桢。
他积50多年物候观察的亲身经验,分析中国5000年气候变化。1972年,竺发表《中国近五千年来气候变迁的初步研究》,这一穷尽毕生心血的研究成果,揭开了中国历史上气候变化的神秘面纱。在深陷全球变暖危机的今天,仍然具有科学意义。
重温竺可桢
竺可桢(1890-1974),又名绍荣,字藕舫,汉族,浙江上虞人。我国著名科学家和爱国教育家,当代闻名的科学家、地理学家和气象学家,中国近代地理学和气象学的奠基人
竺可桢是中国近代地理学和气象学的奠基人,自幼秉性温和,做事勤恳,有一种常人难以想象的毅力和韧劲。小时候因身材瘦弱,同班同学胡适讥笑他活不过20岁。竺闻听后下决心锻炼身体,风雨无阻。后来他活到1974年2月7日,因肺病在北京逝世,享年83岁。1910年,竺作为第二批利用“庚子赔款”赴美留学的70名公费生之一,赴美国伊利诺斯大学学习农学,后转入哈佛大学地学系,专攻气象学,1918年获得博士学位。
那时候,气象界相信“气候在历史时代是稳定的”。按照欧美权威气象学家的说法,如果一个地方做了30年的温度记载和40年的降雨记载,就可以建立一个标准,代表该地区过去和将来若干世纪的温度和雨量。
竺可桢对这一说法表示质疑。但要推翻已被广泛认可的权威观点,必须拿出充分的证据。1921年,竺开始观察记录物候,这一记就是50多年,风雨无阻,从未间断,直到他去世前一天,还用颤抖的笔在日记本上记下了当天的气温、风力等数据。
据竺可桢的日记记载,1958年9月14日和16日,他两次考察新疆天山,途经赛里木湖,发现四周山上并没有积雪。他想起元朝丘处机在1221年10月8日到过这里,《长春真人西游记》记载说,“大池方圆几二百里,雪峰环之,倒影池中,名之曰天池”,即推测那时的气温比现代要冷。
至今保存的竺可桢1936年到1974年2月6日的日记,蝇头小楷,一笔不苟,共计38年37天,800多万字,令人叹为观止。每年柳树新芽、桃树开花、燕子从南方飞来,他都有详细的记录。
在他辞世前两三年,已经80岁高龄的竺可桢,每年秋风起、树叶落的时候,都坚持亲自打扫院子,并且把叶子和灰尘集中起来称一下重量,从重量的增减判断大气中灰尘含量。
持之以恒的物候观测,参之以仪器记录资料和考古成果,再加上古代典籍与方志的记载,竺用这种“土办法”研究历史上的气候变化,与国外同行所用的同位素分析方法,得出了几乎一致的结果。
1964年,他著文论述我国气候的特点及其与粮食生产的关系,并分析了光、温度、降雨对粮食的影响。毛泽东看到后非常高兴,专门请竺可桢到中南海面谈,幽默地说:“我们有个农业八字宪法,只管地;你的文章管了天,弥补了八字宪法的不足。我们两个人分工合作,就把天地都管起来了!”
1972年,竺发表《中国近五千年来气候变迁的初步研究》。那是一个荒唐的年代,文章用“毛主席教导我们”开头,但丝毫不减其科学光芒——全文仅5200余字,几乎字字珠玑,凝聚了他数十年深入研究历史气候的心血结晶。
竺文甫一问世,即震动国内外学术界。历史地理学家谭其骧称赞说:“此文功夫之深,份量之重,为多年所少见,理应侧身于世界名著之林。”
2009年,《中国国家地理》在盘点中国地理百年大发现时,称竺可桢为“掀开中国五千年气候变迁神秘面纱”的第一人。而日本气候学家吉野正敏则评价说,直到今天,竺可桢的论文仍然走在学术界的前面。
唐代温度比现代高1℃
竺文根据研究材料的性质不同,将中国5000年的气候变化分作考古、物候、方志和仪器观测四个时期。竺以冬季温度作为气候变动的指标,大致划分为四个温暖期和四个寒冷期。
第一个温暖期出现在公元前3000年至前1100年,长达2000年以上,约当于新石器晚期和夏商时期。这也是历史上的“气候最宜时期”,竺将其称为“考古时期”。他从殷墟出土的象、貘、竹鼠、犀牛和野猪等热带和亚热带动物的化石判断,黄河流域当时的气候比现在温暖湿润得多,大部分时间年平均温度高于现在2℃左右,1月份平均温度大约比现在高3-5℃。
竺的判断得到了文献佐证。甲骨文记载商王武丁曾猎获一头野象,而现代野象只栖息在西双版纳密林中。
第一个寒冷期约250年,结束于前8世纪中叶,相当于西周时期。先秦文献记载周王“驱虎豹犀象而远之”,这其实有冒贪天功之嫌,应该是中原地区气候转寒,迫使喜暖动物南迁的结果。《竹书纪年》记载周孝王七年“冬,大雨雹,牛马死,江汉俱冻”,江汉流域现在都不封冻,说明寒冷气候已经影响到了长江流域。
第二个温暖期涵盖了春秋、战国、秦和西汉,至公元初结束,持续700多年,这也是中国历史上的繁盛时期。汉武帝刘彻时(前140-前87),司马迁作《史记》,在《货殖列传》中描写当时经济作物的地理分布:“蜀汉江陵千树橘;??陈夏千亩漆;齐鲁千亩桑麻;渭川千亩竹。”橘、漆、竹皆为亚热带植物,当时均超出现今分布限度的北界,证明气候要比现在热多了。公元前110年,黄河在瓠子决口,为了封堵,汉武帝斩伐河南淇园的竹子,编成容器以盛石头,来堵塞黄河决口(《史记河渠书》),可见那时淇园一带竹子是很繁茂的。
第二个寒冷期约当东汉、魏晋南北朝时期,到公元6世纪结束,持续600年。气候转冷,中原王朝的国力也转弱。三国时代曹操(155-220年)在铜雀台种橘,只开花而不结果,唐李德裕在《瑞桔赋序》中说:“魏武植朱于铜雀,华实莫就”,气候已比前述汉武帝时代寒冷。
黄初六年(225)冬十月,魏文帝曹丕陈兵广陵(今淮阴),准备大举伐吴。这一年大寒,水道结冰,兵船无法从淮河进入长江,魏军不得已退兵。这是我们所知道的第一次有记载的淮河结冰。竺可桢据北朝贾思勰《齐民要术》记载的桑、枣、桃的开花时间,推测当时的黄河以北地区,物候比现代推迟2至4周,气候也比现在冷。
据《资治通鉴》,公元334年开始,渤海连续三年结冰,前燕慕容(huàng)率兵马、辎重从昌黎出发,踏冰行军三百余里,奔袭辽东,讨伐叛将慕容仁。对这次渤海结冰,当时人的理解是,慕容仁“叛弃君亲,民神共怒”,前此大海从未封冻,而自慕容仁造反后,渤海连续三年封冻,这是天意“欲使吾乘海冰以袭之也”。
在北方海水结冰足以承载大军行进时,南方长江流域结冰也不薄。南朝这时在南京覆舟山建立冰房,用以保存食物新鲜,使其不致腐烂。南朝都城在建业(今南京),要把覆舟山的冰房每年装起冰来,可以断定,当时冬天要比现在大约冷2℃,年平均温度比现在低1℃。
隋唐是中国的第三个温暖期,持续400多年,到9世纪末结束。史载唐高宗650年、669年和678年,长安冬季都无冰无雪;唐玄宗李隆基时(712-756年),皇宫里栽有梅树,妃子江采苹因其所居种满梅花,所以称为梅妃;玄宗还在宫中种植柑橘,大诗人杜甫《病桔》诗,即提到李隆基种桔于蓬莱殿,段成式《酉阳杂俎》(卷十八)说,天宝十年(751)秋,宫内有几株柑树结实一百五十颗,果实味道“与江南所进无异”。
唐代农作物的生长季节也比现在长。开元十九年,扬州首次出现双季稻的记载,其粒与常稻无异。竺可桢据以上推测,当时最高年气温比魏晋南北朝高3度,比今天也要高出1℃左右。
“明清小冰期”
公元1000-1200年的两宋时期,中国气温又趋寒冷。十一世纪初期,华北地区已不知有梅树,其情况与现代相似。苏轼咏杏花诗有“ 关中幸无梅, 赖汝充鼎和”,哀叹梅在关中消失。同时代的王安石写诗咏梅“北人初未识,浑作杏花看”,嘲笑北方人常误认梅为杏。从这种物候常识,就可见唐宋两朝温寒的不同。
史书记载,公元985年,九江一带“雪降三尺,大江冰合,可胜重载”;1111年,水面达2250平方公里的太湖,首次结冰,且冰的坚实足可通车,湖中洞庭山上橘树全部冻死;从公元1131年到1260年,杭州春节降雪,每十年降雪平均最迟日期是四月九日,比十二世纪以前十年最晚春雪的日期差不多推迟一个月;1153-1155年的绍兴年间,金朝派遣使臣到杭州时,苏州船工还要预备铁锤破冰开路,金蔡珪《撞冰行》诗中写船工“昔岁江行苦风雪”,“扬锤启路夜撞冰,手皮半逐冰皮裂。”
公元1170年,南宋诗人范成大被派遣到金朝,他在阴历九月九日即重阳节(阳历10月20日)到北京,当时西山遍地皆雪。他赋诗纪念,并在注中说:“至是适以重阳,??西望诸山皆缟,云初六日大雪。”苏州附近的南运河冬天结冰,北京附近的西山重阳节遍地皆雪,这种情况现在极为罕见,但在十二世纪时,似为寻常之事。而从杭州春节最后降雪的日期来判断,杭州在南宋时,四月份的平均温度比现在要冷1℃-2℃。
宋末元初,中国气候又经历了大约100年的短暂温暖期,但回暖程度远不及前三个温暖期。在公元1200、1213、1216和1220年,杭州无任何的冰和雪。道士丘处机(1148-1227年)这时正住在北京长春宫,公元1224年寒食节作《春游》诗云:“清明时节杏花开,万户千门日往来。”可知那时北京物候,与北京今日相近。
公元1400年至1900年,中国迎来了历史上持续时间最长的寒冷期,各地方志对此多有记载,竺可桢称为“方志时期”。1329年和1353年,太湖两次结冰,“冰厚数尺,人履冰上如平地,洞庭柑橘冻死几尽”。1873年,西安府三原县连续“大雪六十余日”。最冷的冷锋出现在1620-1720年,期间汉水7次结冰,淮河8次结冰,太湖与洞庭湖4次结冰,北京的冬天也比现代要冷2℃左右。
这一时期正值全球小冰期,中国称为“明清小冰期”。同一时期的欧洲,气候也急剧转冷。俄罗斯平原的寒冷期约在公元1350年开始,中欧的德意志、奥地利从公元1429到1465年,气候明显恶化,而公元1430、1550和1590年的英国饥荒,都因天气寒冷所致。由此可见,中国的寒冷时期,虽未必与欧洲一致,同始同终,但仍然休戚相关——寒冷潮流开始于东亚,逐渐向西移往欧洲。
竺可桢从中国5000年气候变化得出初步结论:(一)从原始氏族时代的仰韶文化到奴隶社会的安阳殷墟,这最初二千年的大部分时间,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,气温有一系列上下摆动,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。
预测变暖仍有不确定性
1900年以后,由于气温表引进中国,各地开始建气象站,气候变化进入竺可桢所称的“仪器观测时期”。至今100年间,气温变化大致以1940年代为界,划分为前后两个阶段:前一阶段为世界性的气候增暖时期,气候显著地变暖,与1880年代相比,1940年代的年平均气温升高了1.0℃多。
这次增暖到1940年代达到顶点,随即转入气温下降的时期。转折的年代各地不同,成都在1941 年,北京在1943 年,兰州在1947 年,上海在1948年,沈阳在1950 年,到1957 年时,中国多数地方的五年平均气温已经降到多年平均气温之下。
到竺可桢发表论文的1972年,世界性大范围的气候异动开始引起人们的关注。气象学界对今后气候演变的趋势,有着不同的看法,一派认为地球目前正进入一个“超间冰期”,即一个更为暖和的时期——从1920年代以来,北半球气候一直具有升高趋势,1950年代以后的变冷,只是在长期变暖趋势中的一个小波动而已。他们预言今后地球的平均气温将逐渐增高,以致地球南北两极的冰盖将部分融化,造成海平面上升。
另一些气象学者则认为地球正进入间发性冷却期之一的“小冰河期”,五六十年代以来的气候变冷只是一种先兆,今后气候将继续变冷,即使会暂时出现一个短暂的回升,也不会达到以前那样温暖。他们预言这种继续变冷的趋势,将持续到二十一世纪前期。
在这场争论中,国内赞同未来气候变冷的人居多。但竺可桢研究的结果,却认为全球的未来气候趋势一定是变暖的。这在当时是一个大胆的预言,现在已得到证实。
2007年11月,联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布第四次气候评估报告,指出过去100年(1906至2005年)间,全球地表平均温度升高了0.74℃,并预测本世纪末气温升高的幅度为1.1℃-6.4℃。
报告宣称,20世纪可能是过去1000年中最暖的100年,这种气温不可能是地球的自然变化,很有可能是1750年工业革命以来,人类活动导致二氧化碳等温室气体浓度增加的结果。
但反对者认为,这种观点无法解释上世纪中期北半球气候普遍变冷的事实。鉴于气候科学依然是一门非精确科学,其结论只在一定概率上成立,IPCC报告承认,全球气候变化在许多方面仍存在科学的不确定性,目前还无法完全把“观测到的变化归因于气候系统对人为增暖的响应”。(本文主要参考文献:竺可桢《中国近五千年来气候变迁的初步研究》,见1973年6月19日《人民日报》)
来源:《文史参考》
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