科普| 地球的“冷暖自知”与人类挑战

编者语：

“这篇推文动笔始于去年，前前后后改了很多遍，总觉得不到位，如有不妥之处，还望海涵，请批评指正~~~”

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引言

气候，这个与我们生活息息相关的自然要素，并非一成不变。地球的气候在漫长的历史长河中，经历了数次冷暖交替、干湿转换。这些变迁不仅塑造了地球的自然面貌，更深刻地影响了人类文明的兴衰与发展。从远古的冰河时代到如今的全球变暖，气候变化始终是地球演化史上的重要篇章。理解气候变化的原理、历史轨迹及其对人类社会的影响，对于我们应对未来的挑战至关重要。

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气候变化的“脉搏”

地球气候的变迁是一个复杂而多因素交织的过程，其驱动力可以大致分为自然因素和人为因素。

2.1自然驱动力

自然因素是地球气候长期变化的基础，主要包括：

（1）太阳活动变化

太阳是地球能量的最终来源，太阳辐射强度的微小变化，如太阳黑子活动周期、太阳耀斑（图1）等，都可能对地球的气候产生影响。例如，太阳活动减弱可能导致地球接收到的能量减少，从而引发气温下降。

图1. 太阳耀斑

（2）地球轨道参数变化

地球围绕太阳公转的轨道并非一成不变，其偏心率、地轴倾斜角和岁差等参数会周期性地发生变化，这些变化被称为米兰科维奇循环（图2）。它们影响着地球接收太阳辐射的季节和地理分布，从而在数万到数十万年的时间尺度上驱动着冰期和间冰期的交替。

图2. 地球公转

（3）火山活动

大规模的火山喷发会将大量的火山灰和气溶胶注入平流层，这些物质能够反射太阳辐射，导致地球表面温度下降，形成短期的“火山冬天”效应。

（4）海洋环流变化

海洋是地球巨大的热库，海洋环流（如大西洋经向翻转环流）在全球热量和水分输送中扮演着关键角色。海洋环流（图3）的改变会显著影响区域乃至全球的气候模式。

图3. 厄尔尼诺现象

2.2人为驱动力

工业革命以来，人类活动对气候的影响日益显著，是当前全球气候变化的主要驱动力。化石燃料（煤、石油、天然气）燃烧、森林砍伐和土地利用变化等人类活动，向大气中排放了大量的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等温室气体。这些气体能够吸收并重新辐射地球表面的热量，导致地球温度升高，即“温室效应”（图4）增强。这是当前全球变暖最主要的原因。

图4. 温室效应

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中华五千年气候史

我国拥有世界上最悠久、最完整的历史文献记载，为研究过去的气候变化提供了得天独厚的条件。著名气象学家竺可桢先生开创了中国历史气候变化研究的先河，他利用丰富的历史文献、考古资料和物候记录，重建了中国近五千年的气候变迁序列，形成了著名的“竺可桢曲线”。竺可桢曲线揭示了中国过去五千年气候的显著波动性，呈现出多个温暖期和寒冷期交替出现的特征：

（1）仰韶文化至殷墟时代（约公元前3000年-前1100年）

这是中国历史上的一个温暖期，年平均温度比现在高约1-2 ℃左右。当时黄河流域气候温暖湿润，适宜大象等喜暖动物的生存，也为中华文明的早期发展提供了有利的自然条件。

（2）殷末周初（约公元前1000年）、六朝（约公元400年）、南宋（约公元1200年）和明末清初（约公元1700年）

这些时期是中国历史上的主要寒冷期，气温显著下降，常常伴随着严重的自然灾害，如旱涝、霜冻等，对社会经济和王朝更迭产生了深远影响。

（3）汉唐盛世

汉代和唐代是中国历史上的两个温暖时期，气候条件相对优越，为这两个朝代的繁荣发展提供了良好的环境基础。

竺可桢曲线不仅展示了中国气候的长期波动，也暗示了气候变化与社会发展之间的密切关系。例如，寒冷期往往伴随着北方游牧民族的南侵、农业生产的减产以及社会动荡的加剧。这表明气候变化并非仅仅是自然现象，它与人类社会的发展进程紧密相连。

图5. 竺可桢曲线

值得注意的是，中国古代气候变迁对王朝历程影响巨大。夏商时期气候温暖湿润，中原地区适宜农耕，甚至有大象活动，因此河南得名“豫”。周以后气候逐渐转冷，大象消失（图6），北方生态环境变化也影响了各地区发展。秦国因陇西气候转暖、水草丰美而崛起，最终完成统一。汉代以后，降水和适宜农业区域变化，推动长安成为政治中心，同时北方游牧民族因气候恶化频繁南下。三国以后，气候转暖推动江南开发，逐渐成为富庶之地。魏晋时期，小冰期导致北方游牧民族生存压力增加，五胡南迁，引发长期动荡。隋唐时期气候回暖，关中再次繁荣，大唐盛世也得益于良好的自然条件。唐末气候转冷，加剧社会矛盾。北宋时期短暂温暖，经济高度发展，但随后寒冷气候再次出现，辽、金、蒙古等北方民族受到资源压力，推动了战争与扩张。明末小冰期导致农业减产、财政困难，最终加剧社会危机。纵观历史，气候并非决定王朝兴衰的唯一因素，但通过影响农业生产、人口分布、资源竞争和民族迁徙，深刻改变了中国历史发展的轨迹。人类文明始终在自然环境变化中不断调整与演进。

图6. 大象南迁示意图（AI生成）

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气候变化的当下

当前，我们正经历着一个显著的全球变暖时期（图7）。自工业革命以来，全球平均气温持续上升，尤其是近几年，升温趋势更为明显。全球变暖已经带来了诸多影响，最显而易见的是：（1）极端天气事件频发；高温热浪、干旱、洪涝、强风暴等极端天气事件的频率和强度都在增加，给人类社会和生态系统带来了巨大损失。（2）人类健康；极端高温、空气污染、传染病传播范围扩大等都对人类健康产生负面影响。当然还有冰川融化与海平面上升、生态系统受损、农业与水资源供需越发不平衡等。

图7. 过去50年气候变化

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应对气候变化

面对气候变化的严峻挑战，主要包括减缓和适应两大策略。

5.1减缓气候变化（Mitigation）

减缓气候变化旨在减少温室气体排放，从而减缓或停止全球变暖的趋势。主要措施包括：

（1）能源转型：发展和推广可再生能源（如太阳能、风能、水能、地热能），逐步减少对化石燃料的依赖。

（2）提高能源效率：在工业、建筑、交通等领域提高能源利用效率，减少能源消耗。

（3）碳捕集与封存：开发和应用碳捕集、利用与封存（CCUS）技术，将工业和能源生产过程中产生的二氧化碳捕集并储存起来。

（4）森林保护与恢复：保护现有森林，并积极开展植树造林和生态恢复，增加森林碳汇。

5.2适应气候变化（Adaptation）

适应气候变化旨在调整人类社会和自然系统，以应对已经发生和未来可能发生的气候变化影响。主要措施包括：

（1）基础设施建设：建设防洪、抗旱、防风等基础设施，提高城市和社区应对极端天气事件的能力。

（2）水资源管理：优化水资源配置，发展节水技术，提高水资源利用效率，应对干旱和水资源短缺。

（3）农业调整：开发耐旱、耐热作物，调整种植结构和耕作方式，提高农业对气候变化的适应能力。

（4）生态系统保护：加强生态系统保护和恢复，提高生态系统对气候变化的韧性。

（5）早期预警系统：建立和完善极端天气事件的早期预警系统，减少灾害损失。

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结语

当前，全球变暖的趋势以及由此引发的极端天气事件，更是向我们敲响了警钟。应对气候变化，需要全球范围内的通力合作，通过减缓和适应双管齐下的策略，共同构建一个可持续发展的未来。气候的变化并不完全来源于人为因素，更应理性的看待这个事情，并适应环境的改变。其实，我国已经做的足够好，无论是南水北调、修建水坝，还是沙漠锁边、氢解能源利用，时势造英雄！

参考文献

1. 竺可桢. 中国近五千年来气候变迁的初步研究. 中国科学, 1973, (2): 168-189.

2. 邵鹏程. 竺可桢曲线揭秘中国近5000年气候变迁. 知识就是力量, 2023, (3): 10-13.

3. 郝成元, 王宁德, 陈志超. 中国气候演变史实研究进展及其对社会发展的基本影响. 信阳师范学院学报(自然科学版), 2023, 36(1): 52-58.

4. Tosun J. Addressing climate change through climate action. Climate Action. 202, 1(1): 1.

5. National Research Council, Division on Earth, Life Studies, Board on Atmospheric Sciences, America's Climate Choices, Panel on Advancing the Science of Climate Change. Advancing the science of climate change. National Academies Press; 2011.

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