氣候變遷
大冰期與氣候變化
關於地球遠古時代的氣候，隨著時代的久遠，我們的認識有些模糊不清。
地球形成為行星大約在55±5億年前，從那時候開始直到46億年前，地球上充滿原始大氣，並且逐漸逃逸。從46億年前開始，地球進入到地質年代，逐漸產生次生大氣，大約在30億年前，地球上出現生命，開始改造地球大氣，到寒武紀，大氣才被生物改造成現在這個樣子。但是，對古代以前的古氣候，我們幾乎是一無所知，到了古生代，古氣候狀況才逐漸清楚起來。
我們大體上知道，在地質時期反複經過幾次大冰期，其中從古生代以來，就有三次大冰期。它們是：震旦紀大冰期，石炭紀二迭紀大冰期，第四紀大冰期。大冰期之間是比較溫暖的間冰期。
每兩次冰期之間，大約是2～3億年。為什麼有這樣長的周期呢？一種意見認為，可能與造山運動有關係。地質上的大造山運動，往往使地麵起伏程度加大，全球變冷。因為山脈越高，引起大氣的熱機效率就越高，上升運動增強，雲雨增多，反射率增大，地麵接收的太陽輻射能量減少，地表變冷。
三次大冰期與地質時代三次強烈的造山運動相對應。震旦紀大冰期產生在元古代末地殼運動以後，石炭紀～二迭紀大冰期與海西運動相對應，第四紀大冰期與喜馬拉雅運動對應。這不是偶然的。現在，喜馬拉雅山還在升高，造山運動並未停止，所以第四紀大冰期還遠未結束。現在，喜馬拉雅運動還不到7000萬年，第四紀大冰期還隻200多萬年。所以這次大冰期還會延續下去，至少還要持續1～2萬年。
另一種意見認為，地質曆史上的大冰期和大間冰期，是由於地球的黃道傾斜的大波動造成的。這種觀點認為，黃道傾斜的範圍是在0°與54°之間，黃道傾斜大的時期代表著冰川流行的時期，在三次大冰期期間，黃道傾斜曾有過10°～23.5°的變化。
那麼，造山運動為什麼也有2～3億年的周期呢？地球黃道傾斜為什麼也有2～3億年的波動呢？澳大利亞人威廉斯認為，這種氣候變遷與地球在銀河係的位置有關係。因為地球不停地繞太陽公轉。整個太陽係也繞著銀河係中心公轉。這樣轉一圈的時間約2.5億年，太陽係又回到原來的位置。
第四紀冰期的氣候變化
我們說現代正處在第四紀大冰期中，其實，第四紀大冰期中的氣候也有很大的變化，曾經出現幾次亞冰期和亞間冰期。變化的時間短則幾千年，長則幾萬年或十幾萬年。
在20世紀初，地質學家根據阿爾卑斯山區的資料，確定那裏存在四次亞冰期的規律。這就是：群智亞冰期、民德亞冰期、裏斯亞冰期和武木亞冰期。在這些冰期之間是亞間冰期。以後在北歐、北美、亞洲等地也紛紛找到了對應的亞冰期。在我國對應的亞冰期是：鄱陽亞冰期、大姑亞冰期、廬山亞冰期和大理亞冰期。
在第四紀的冰期中，仍然有寒冷和溫暖更替。在寒冷時期，雪線高度下降，冰川前進，出現亞冰期，以民德（我國為大姑）亞冰期和裏斯（廬山）亞冰期的冰川規模最大，群智亞冰期規模最小。在溫暖時期，氣溫升高，雪線高度上升，冰川退縮，出現亞間冰期。民德—裏斯（大姑—廬山）亞間冰期長達17～18萬年。在第四紀大冰期，高緯度氣溫的急劇下降，導致兩極地區形成永久冰蓋；在亞冰期，冰川一直伸展到中緯度，在亞間冰期才退縮到高緯度。
根據科學研究發現，從亞間冰期向亞冰期過渡時，氣候常呈漸變形式，其中沒有清楚的界線。從亞冰期向亞間冰期過渡時，氣候常呈突變形式，兩者之間有明確的分界線。科學家們稱為終止線。在距今1.1萬年前後出現了一條終止線，標誌著最近一次亞冰期結束了，隨之而來的是一次新的亞間冰期，氣候由冷增暖。
在第四紀大冰期中，為什麼會有亞冰期和亞間冰期的更替呢？按照南斯拉夫氣候學家來蘭柯維奇在20世紀30年代提出的理論，是由於地球軌道三要素的自然小波動造成的。地球軌道三要素是指：地球軌道的偏心率、地軸的傾斜度和春分點的位置。
地球繞太陽公轉的軌道是一個橢圓，太陽位於橢圓的一個焦點上。這樣，地球處在軌道的不同位置，距離太陽的遠近就不相同，獲得的太陽輻射能量就有差異，如冬季在遠日點，夏季在近日點，冬季就寒冷而漫長，夏季炎熱而短促。地球軌道現在的偏心率是0.164；但是偏心率在0.00～0.06的範圍內變動。它的變動周期約為96000年。偏心率的變化影響日地距離，從而影響太陽輻射強度，導致影響地球上的氣候。
地球在春分點處在地球公轉軌道上的什麼位置，將影響季節的起止時間，也會使近日點和遠日點的時間發生變化。地球在春分點的位置，是沿著地球公轉軌道向西緩慢地移動，大約每21000年，春分點的位置在地球公轉軌道上移動一周。春分節氣的時間，每隔70年就要推遲一天。現在北半球夏季遠日，冬季近日，夏季比冬季長8天。大約10000年後，就會變成冬季遠日，夏季近日，冬季反而會比夏季長8天。就是說，不太冷而且短促的冬季，將會變成寒冷而漫長的冬季。
地軌傾斜又稱黃赤交角，是地球上產生四季的原因。地軌傾斜度的變化，會導致回歸線和極圈的緯度發生變化，從而改變地球上的季節。地軌傾斜使回歸線在緯度221°～22.4°之間變化，使極圈在67.9°～65.76°之間變化。變動的時間周期41000年。地軌傾斜度增大時，回歸線緯度升高，極圈緯度降低，高緯度的年太陽輻射總量增加，冬寒夏熱、氣溫年較差增大，低緯度的年太陽輻射總量減少。地軌傾斜度減少時，高緯度冬暖夏涼，氣溫年較差減少，夏季溫度低更有利於冰川發展。
曆史時代的氣候變化
從第四紀更新世晚期，距今約1.1萬年前後開始，地球從第四紀冰期中的最近一次亞冰期，進入到現代的亞間冰期，人們也稱之為冰後期。這一段時間大體上相當於人類進入到有文字記載的曆史時代。關於這時期的氣候，挪威的冰川學家曾做出近10000年來的雪線升降圖，說明雪線升降幅度並不小，表明冰後期以來，氣候有明顯的變化。我國有悠久的曆史記載，竺可楨將這些記載加以整理分析，發現我國在5000多年來的氣候有4次溫暖期和4次寒冷期交替出現。
在公元前3000～1000年左右，即從仰韶文化時代到安陽殷墟時代，是第一個溫暖期，這個時期大部分時間的年平均溫度比現在高2℃左右，最冷月溫度約比現在高3～5℃。
從公元前1000年左右到公元前850年（周代初期），有一個短暫的寒冷期，溫度在0℃以下。
從公元前770年到公元初年，即秦漢時代，又進入到一個新的溫暖時期。
從公元初年到公元600年，即東漢，三國到六朝時代，進入第二個寒冷時期。
從公元600年到1000年，即隋唐時代，是第三個溫暖期。
從公元1000～1200年，即南宋時代是第三個寒冷期，溫度比現代要低1℃左右。
從公元1200～1300年，即宋末元初，是第四個溫暖期，但是這次不如隋唐時那樣溫暖，表現在象的北限，逐漸由淮河流域移到長江流域以南，如浙江、廣東、雲南等地。
在公元1300年以後，即明、清時代以來，是第四個寒冷期，溫度比現代要低1～2℃。
近5000年來，雖然是寒冷期與溫暖期交替出現，但是總的趨勢是由溫暖向寒冷變化，寒冷期一次比一次長，一次比一次冷。在第二次寒冷期，隻有淮河在公元225年有封凍。而在第四個寒冷期的1670年，長江都幾乎封凍了。
有趣的事情是：挪威冰川學家用雪線高度表示氣溫升降，竺可楨用的是曆史文獻記載資料，結果卻十分一致，說明冰後期以來的氣候變化具有全球的普遍性，絕對不是一種巧合。
近代的氣候變化
從1850年農業機械化開始以來，近100多年來的氣候變化，我們稱之為近代氣候變化。近百年來氣候變化的基本趨勢是：1961年以後的世界氣候與本世紀前半期相比有顯著不同，而與19世紀後半期相類似。從19世紀末期開始，到20世紀40年代，是世界性氣候增暖時期，增暖的趨勢在20世紀40年代達到頂峰，以後溫度下降，20世紀60年代後變冷更加明顯，這次變化很可能是近10000年來的一次氣候振動。
這種振動可以從大氣環流變化中得到解釋。根據英國氣候學家拉姆巴的說法，從1895年開始，世界環流突然由經向環流占優勢的時期，轉變為緯向環流占優勢的時期。從此，緯向環流不斷加強。到1940年前後達到最盛時期；隨後，緯向環流又逐漸減弱，經向環流又逐漸加強，到1961年前後，緯向環流顯著減退，重新恢複成為經向環流占優勢的時期。
在緯向環流強盛時期，氣旋性活動增強，行星風係影響加劇，南北半球的氣候帶向兩極方向移動。在緯向環流衰弱的時期，反氣旋性活動加強，季風發達，南北半球高低緯度之間氣流交換頻繁。地球上的氣候帶向赤道方向移動。可見，世界環流型式的改變，對全球性氣候變化的影響多麼巨大。
人類活動對氣候的影響
從有人類活動以來，人類就開始影響氣候。隨著人類社會經濟的發展，人類影響氣候的規模和深度也不斷發展。
在人類曆史初期，人類還完全是氣候的奴隸，人類活動完全受氣候條件的限製，隻能生活在溫暖濕潤的熱帶森林中。大約在進入石器時代之前，人類還處在自生自滅狀態。進入石器時代以後，人類掌握了火，才開始增強對氣候的適應能力。這個痛苦的過程，至少經曆了一百多萬年。
以後，人類開始對周圍的氣候實行局部地有限地改造，衣著和房屋就是一個標誌。往後，人們在農業和其他生產活動中，也開始局部地改變著氣候。產業革命以來，科學技術飛速發展，人們不但能在各種不同的自然氣候條件下采取措施，取得人類適應的氣候；而且能夠在規模越來越大的局部範圍內改造氣候。人工控製天氣也在發展著。隨著人們認識水平的提高和技術能力的增長，人類主動規劃環境，改造氣候，把氣候環境引向有利於人類的方向發展，已構成現代科學的一個重要特點。
從曆史事實來看，人類有對氣候有目的地主動積極地改造的方麵，也有盲目地消極被動地使氣候惡化的方麵。
運用衣著、房屋改造氣候，是人類為了適應氣候條件，而建立適合自己生存與生活環境的一種技術行為。共同的特點是：在大氣候的背景條件下，建立起一種適合人類生存與生活的人工小氣候環境，從而達到保溫、禦寒、防風的目的。不同點在於衣著是包裝人體的氣候殼，能夠隨著人體移動；能夠隨著天氣氣候變化增減衣服的厚度和層次；能夠隨著經濟水平的差異使用不同的衣著材料，從而控製並調節小氣候。房屋則不能移動：不能隨意增減厚度和層次；不能隨意變更建築材料。房屋是固定的，隻能依靠門窗局部調節，材料的選用，建築結構和形式的設計，平麵布局的安排，都是為了適應氣候環境的一種優化選擇。
改變地球表麵形態，如植樹造林、灌溉農田、幹化沼澤、建造水庫，也能夠改變局部氣候環境。植樹造林可以擋風擋沙，保持土壤水分，改變空氣濕度和溫度。建造水庫和進行灌溉雖然並不是直接為了改造氣候，但是卻起到減小氣溫年、日較差，提高最低溫度和平均溫度，增加濕度和降水量的作用。
從消極方麵看，人類取得了自身的利益的同時，盲目墾荒、刀耕火種、破壞森林，造成水土流失，使氣候惡化。因為森林是地球表麵的重要保護層，它對地麵水分和熱量的保存、交換都有很大作用。據估計，500萬畝森林的蓄水量，相當於一億立方米的水庫。在幹旱地區的護田林帶，能使空氣相對濕度提高10％～15％，能使土壤含水量增加22～27毫米。這就是人們呼籲保護森林的氣候意義。
人類活動的盲目性還表現在工業汙染物的增加。工業發展的一個結果，就是廢物、廢水、廢氣和餘熱的大量排放。使土壤、水體和大氣遭到嚴重汙染。在極大程度上改變了大氣成分，大氣混濁度和熱性質，從而導致氣溫和降水量等氣候要素發生變化。
我們前麵已經提到，大氣中的二氧化碳（CO2），水汽（H2O），及其他微量氣體，如甲烷（CH4），一氧化二氮（N2O）、氯氟碳化合物（俗稱氟利昂（CFCL3），對地麵氣候都有溫室效應，所以人們稱之為溫室氣體。人類活動排放出來的溫室氣體，使大氣的溫室效應增強，導致整個地球氣溫升高。自從產業革命以來，大氣中二氧化碳含量上升約25％，甲烷上升160％，一氧化二氮上升8％，氟利昂以前根本就沒有過。這些氣體在大氣中可以長期停留，使溫室效應不斷增強。根據氣候學家們分析，由於溫室氣體的作用，到21世紀，地表氣溫可能升高1.5～4.5℃。地球增暖的結果，隨之而來的將是海洋變暖，南極大陸和格林蘭冰蓋融化，海平麵上升。由於工農業發達、人口稠密的地方，正好多分布在沿海地區，海平麵上升會給人類帶來嚴重的災難。我國的所有海濱地帶，都在遭受災害的範圍內，主要受災地區可能是華北平原，長江三角洲和珠江三角洲地區。21世紀全球氣候變暖後怎麼辦呢？已經引起各國政府和人民的關注。
氣候變化對人類的影響
人類影響氣候，氣候也影響人類。短時間的氣候變化，特別極端的異常氣候現象，如幹旱、洪澇、凍害、冰雹、沙暴等等，往往造成嚴重的自然災害，足以給人類社會造成毀滅性的打擊。比如，1943～1954年孟加拉地區的暴雨災害，引起了20世紀最大的饑荒，餓死人口達300～400萬。1968年～1973年非洲幹旱是非洲人民的一次大災難，使得乍得、尼日爾、埃塞俄比亞的牲口損失70％～90％，僅在埃塞俄比亞的沃洛省就餓死20萬人。當然，這種打擊往往是短暫的、局部的，雖然不至於影響生態係統，但是對人類造成的災害卻十分大。
長期的氣候變化，即使變化比較緩慢，也會使生態係統發生本質性的改變，使生產布局和生產方式完全改變，從而影響人類社會的經濟生活。
例如，在公元前3000～1000年的溫暖時期，竹類在黃河流域直到東部沿海都有廣泛分布；安陽殷墟發現，水牛和野豬等熱帶亞熱帶動物；甲骨文記載打獵時獲得一象，表明殷墟的化石象是土產的。河南原稱豫州，就是一個人牽著大象的標誌。商、周時代，梅子是北方人民重要的日常食品。《詩經》說：“若作和羹，爾唯鹽梅”，可見當時梅子是和鹽一樣重要的食品，是做菜不可缺少的佐料。《詩經》說：“終南何月，有條有梅”。終南山在西安之南，宋代以來就無梅了。陝西、山西等地人民隻好用醋代替梅。