古猿們雖然被迫放棄森林，走到了地麵營建生活，但並沒有使它們過分難堪。猿類的雜食性，使它們能夠適應氣候環境的巨大變化；猿類的群居性，反而導致他們向人類社會發展奠定了基礎。古猿在樹上生活時，兩隻手的用途是采摘果子和行動，手腳雖有分工，但腳仍能抓握樹幹和樹枝，這種分工其實並不是太明確。改營地麵生活後就不一樣了，手除了用於獲取食物外，還要拿起石頭、木棍和獸骨之類作武器，來防禦敵害。這樣，手的用處便慢慢擴大了。由於站立行走，手和腳的分工進一步明確。
1.3農耕文明與二十四節氣
1.3.1農耕文明的曙光
距今300萬~100萬年，經曆了大自然中的風霜雨雪，人類進入猿人類時代。人類學會了在大部分氣候環境下生活，分布在可以居住的地麵上，從原來居住的炎熱地帶，遷移到比較冷的、在一年中有春夏秋冬的地帶後，就產生了新的需要，需要有衣服和房屋來抵禦寒冷和潮濕，需要有新的勞動領域以及由此而來的新活動，後來又從物質的需求發展到物質和精神的多種需求，這就使人離普通動物愈來愈遠了。
1965年，考古學家在雲南省元謀縣發現了元謀人遺址。經考證，元謀人生存於大約距今170萬年，是目前發現的亞洲最早的原始人類。它屬於晚期猿人，但早於“藍田人”和“北京人”等猿人。元謀人能夠製造骨器、粗糙的石斧和其他簡單的工具，從事原始的農業生產活動，並且已經會使用火，是目前所知最早的用火人。在發現元謀人化石的地層中，人們發現了很多炭屑，而且含炭層厚達3米多。人工取火的發明，在人類曆史的進程中具有重要意義，它使人類告別了茹毛飲血的時代。
距今100萬~20萬年，中華大地上繁衍生息的人類已經很多，生活於距今50萬年的“北京人”則是這個時期人類的典型代表。從猿人進化成的“北京人”，已經完全能夠駕馭自然火，雖然尚不能創造火，但已學會使用、控製和保存火。從此以後，人類高舉火把前進，寒冷、黑暗、潮濕、毒蟲、猛獸這些威脅人類身體和心靈，造成損害與恐懼的氣候災害和自然勢力，便都在人類的熊熊火光麵前退卻了。人類有了抵禦自然風雨、克服寒冷氣候的武器，生存範圍日漸擴大，逐步發展形成定居生活，從而使人類從食物的采集者變為食物的生產者，這是生產力的第一次飛躍，人類開啟了農耕文明。
據北京大學嚴文明教授考證，中國農業的曆史幾乎與中國曆史同樣悠久，勤勞的中國人民用自己的智慧創造了光輝燦爛的農業文明，使中華民族繁衍生息，使中華文明薪盡火傳。世界上三個主要的農業起源地，就有一個在中國。
這三個農業起源地一個在西亞，就是現在的伊拉克及其周圍地區。這個地方是小麥與大麥的起源地，也是綿羊和山羊的起源地。這種農業叫作有畜農業。這種農業發展到一定階段，便產生了兩河流域的文明，就是古蘇美爾、阿卡德和後麵的巴比倫。這種農業傳到尼羅河流域，產生了古埃及文明；傳播到印度河流域，產生了古印度文明。
第二個就是中國，是小米和大米的起源地。小米是指粟、黍，主要在黃河流域起源和發展，後來成為中國北方的主要農作物。北方現在主要的穀物是小麥，而小麥又是從西亞傳過來的，並非中國原生。1993年，考古學家袁家榮在湖南道縣的玉蟾岩考古發掘時，發現了兩粒1萬年前的稻子，同時還有矽酸體，這為中國長江流域是稻作農業的起源地找到了證據。所以中國是兩種農業的起源地——北方是以小米為主的農業，南方是以稻作農業為主的農業起源地。
第三個是在美洲，美洲是玉米的起源地。我們現在種植的玉米，是在明代才傳過來的。美洲的農業是無畜農業，沒有家畜。它以玉米為主體，還有南瓜和豆類。
藍田人複原頭像山頂洞人頭部複原像北京人頭部複原像農耕文明的標誌是長期從事農業生產，以個體勞動為主，社會還未形成一種長期固定的專門機構。
中國在夏王朝建立之前，距今5000年前後，一些發展較快的區域已經出現早期國家，並形成初期文明社會。氣候環境使得黃河流域成為最適宜人類生存繁衍的風水寶地，形成了古華夏的農耕文明。但農耕文明較之於遊牧文明和工業文明，仍具有質的不同。農耕相對於遊牧的好處是，能大幅度提高生產力，從而產生了剩餘價值，這樣才會有一部分人去想、去做吃飯穿衣之外的事情。
在長期的農業勞動中，人類最初感受到、接觸到和急需要認識的，首先是自然界裏的風雲變幻。因為古代的農業，基本上就是靠天吃飯。這樣，便逼迫著人類去認識自然，同自然保持和諧相處。正因為這樣，天文學和對物候的觀察便應運而生。
遠古的天文學實際上包括天文與氣象兩門科學，古代天文、氣象沒有分家，自然科學也是從最原始的氣象學和天文學開始發生和發展起來的。原始人類早期對物候現象——鳥獸活動、草木發芽開花結果的觀測，多數是無意識的活動。人們開始想辦法確定季節、進行物候觀測的時候，已經成為有意識地、自覺地、有目的地認識自然，從而開始科學活動。
人類被動地受大自然驅使的曆史，比有意識地認識大自然的曆史要漫長得多。
1.3.2研究古氣候的鑰匙
揭開古氣候的麵紗，一直是中外科學家的向往，但這又是一件非常複雜、非常不容易的事情。
現在普遍使用的方法是碳-14年代測定法，這是根據碳-14衰變的程度來計算出樣品的大概年代的一種測量方法。在活著的有機物體內，有一部分碳元素為穩定同位素碳-12，還有一小部分是放射性同位素碳-14。生物活著時通過呼吸來補充碳-14，而當某種植物或動物死亡後，其體內的碳-14就開始衰變，但穩定同位素碳-12的含量不會變。在已知碳-14衰變速度的前提下，可以通過測量樣品中的碳-14衰變的程度來計算出樣品的年代。碳-14的半衰期為5730年，因此可以用來測定距今6萬年左右的化石。而對於年代更為久遠的化石則無能為力。
在這個方法發明之前，想了解古氣候的確是困難的。但人是有靈性的動物，探索、發現、發明、創造，隻有人才能辦得到，這是人和其他動物的區別。經過長期觀察，人們發現了用物候的方法去研究古氣候，終於找到了一把打開古氣候密碼的鑰匙。
中國古代流傳下來的兩句詩說得明白：“花如解語應多事，石不能言最可人。”花卉和石頭雖然沒有語言，卻在生理上有著和氣候條件關係密切的特殊構造和技能，有它們自己的一套結構組織來表達它們變化與氣候的關係。物候學的任務就在於了解這種關係的本質，使它們“說出”自然界的奧秘來。
物候學是研究自然界植物和動物的季節性現象同環境的周期性變化之間的相互關係的科學，它主要通過觀測和記錄一年中植物的生長榮枯、動物的遷徙繁殖和環境的變化等，比較其時空分布的差異，探索動植物發育和活動過程的周期性規律，及其對周圍環境條件的依賴關係，進而了解氣候的變化規律。例如，根據植物在各地的發芽、開花、展葉、黃葉、落葉等時期的調查，可以對該地方各種的氣候進行比較。對於動物則調查鳥的遷徙，各種動物的休眠、孵化、變態等時期的變化。物候觀測的記錄越詳細，時間越長，就越有價值。
把物候說成是大自然的語言，那麼人類就需要弄懂這種語言，對這種語言不斷地翻譯和揭秘。物候隨地理的變化具有一定的規律性，如果掌握了物候期隨經度、緯度、海拔高度、古今的變化規律，便可以估計出任何沒有物候觀測地方的物候期，這對於科研和生產具有十分重要的意義。
千百年來，人類通過對物候的觀測研究，發現許多大自然現象很有節奏性，周而複始，充滿詩情畫意。地球上溫帶和亞熱帶區域，春夏秋冬四季循環往複，年年歲歲，周而複始。嚴冬過後，大自然開始複蘇，和風蕩漾，冰雪消融，大地解凍，草木萌發，自然界欣欣向榮。而後，林木蒼翠，百鳥爭鳴，飛燕掠水，麥子黃熟，炎熱的夏季拉開了序幕。到了秋天，天高雲淡，瓜果飄香，層林盡染，候鳥南翔，活躍在田間草際的昆蟲便逐漸銷聲匿跡了。幾次寒流侵襲，萬木蕭疏，河流封凍，大雪紛飛，大地銀裝，一年中最寒冷的季節到來了。
大自然總是在向人類及時地傳遞著某種信息，就看人類去如何解讀了。自從進入農耕時代，人類就已經注意到物候信息能夠準確預報各種農事。譬如桃杏花開了，要趕快春耕；布穀鳥叫了，將要夏收夏種。大自然所表現出的各種現象，好似在用一種特殊的語言向人類提出警示，讓人們不失時機地安排農事。
人類對物候現象從無意識觀察，到有意識研究和記載，日積月累，年複一年，就成了當地珍貴的物候曆，便可以成功地應用於農事活動中。
中國先秦的文史作品中已有了關於物候的記載，比如春秋時代的史學著作《左傳》，就記載了候鳥家燕春季飛至山東郯城一帶的時間大約在春分日（即3月21日）前後。用這個時間記錄和現在比較，能看出郯城在三四千年前的溫度比現在高1~2℃。
公元前1000年以前的《詩經》和其後的《夏小正》《呂氏春秋》《淮南子》等，則已經按月記載全年的物候了。而《逸周書·時訓解》更把全年分為七十二候，記有每候五天的物候現象，成為完善的物候曆。西漢時，著名農學著作《汜勝之書》更以物候為指標來確定耕種時期的記載，如“杏始華榮，輒耕輕土弱土；望杏花落，複耕”。
在中國家喻戶曉的唐詩中，隻要留意，就能發現不少與物候有關的句子。晚唐詩人張籍的《成都曲》這樣寫道：“錦江近西煙水綠，新雨山頭荔枝熟。萬裏橋邊多酒家，遊人愛向誰家宿？”詩句中的錦江是成都市的一條河，在錦江近西的荔枝成熟了。荔枝是一種典型的亞熱帶植物，對寒冷氣候的抗禦能力很差，越冬期間，最多隻能抗-4℃的低溫，一般將-4℃作為荔枝的致死溫度指標。1955年，廣西桂平縣最低氣溫-3.3℃，荔枝幼樹全部凍死，大樹枝條凍壞。由張籍的這首詩即可推測，在公元8世紀末至9世紀初，成都的氣候比較暖和，適宜於荔枝生長。而今天，四川盆地的荔枝栽培早已移到了川南長江和金沙江河穀相連的一些縣份。
在物候記載上，南宋時的呂祖謙是個有心人，他較詳細地記載了淳熙七年和八年(1180年、1181年)浙江金華的物候，有蠟梅、桃、李、梅、杏、紫荊、海棠、蘭、竹、豆蓼、芙蓉、蓮、菊、蜀葵和萱草等24種植物開花結果的日期，春鶯初到和秋蟲初鳴的時間等，是世界上最早的實際觀測的物候記錄。明代李時珍的《本草綱目》所載的近2000種藥物中，有著極為豐富的植物物候資料，記述了候鳥布穀和杜鵑的地域分布、鳴聲、音節和出現時間等，是鳥類物候的翔實記載。
中國現代物候學研究的奠基者是竺可楨。他在1934年組織建立的物候觀測網，是中國現代物候觀測的開端。為了統一物候觀測標準，他在1979年出版了《中國物候觀測方法》，逐年彙編出版《中國動植物物候觀測年報》，並寫出了不朽的著作《大自然的語言》。
其實在世界各地，好多國家很早以前就已經對物候關注了。古希臘的雅典人就根據物候記載編製了農用物候曆。英國馬香子孫五代，從公元1736年起到20世紀40年代止，對植物、候鳥和昆蟲等27種動植物進行了長期觀測和記載，成為歐洲年代最長的物候記錄。18世紀中葉，瑞典植物學家林奈所著《植物學哲學》一書，概述了物候學的任務，物候的觀測和分析方法，並組織了有18個點的觀測網，他是歐洲物候學的主要倡導者之一。
1.3.3農業生產的寶典——二十四節氣
物候、氣候和節氣形成係統學，大約始於夏代，夏、商、周、秦、漢，物候學逐漸發展，到二十四節氣定型時，達到了古代物候學的一個高峰。二十四節氣的確立是曆法的範疇，與華夏黃河流域的物候、氣候、氣象、農時、地域等密切相關，其發展過程，大致反映了上古時代黃河流域的先民為了適應變化的氣候環境，抵禦氣候災害，努力追求與大自然和諧相處的漫長曆程。農耕時代的幾千年裏，黃河流域就是依靠二十四節氣來安排生活和生產活動的，二十四節氣是華夏文化的瑰寶。二十四節氣的影響由黃河流域擴展到整個華夏大地，又由華夏遠播海外。
二十四節氣是根據什麼創製出來的呢？簡單說，是根據地球繞太陽的運行規律製定的。
地球不但有規律地繞軸自轉，晝夜轉一圈，而且還繞太陽公轉，每365日5小時48分46秒公轉一周。自轉結果產生晝夜交替；公轉結果產生一年四季。有趣的是，地球公轉時，地軸傾斜始終保持一定方向，且與軌道麵呈66.5°的交角。當它處於春分和秋分位置時，太陽直射赤道（緯度0°)，全球晝夜平分。當處於夏至位置時，太陽直射23.5°N，北半球晝長夜短，而且越向北白天越長，以至到了北極圈內，便呈現出永晝現象（沒有黑夜）。到了冬至，太陽直射23.5°S，情況與夏至時正好相反，變得南半球晝長夜短，北半球則晝短夜長，而且越向北黑夜越長，到了北極圈內，就成了永夜（沒有白天）。
太陽高度角與晝夜長短隨季節發生變化，而這全都取決於緯度的高低。緯度決定了一地太陽高度角大小、晝夜和四季長短，因而也決定了太陽輻射的強度和能量收支的多少。太陽高度角大，地麵單位麵積吸收輻射能就多；而白晝長、黑夜短，則白天吸收輻射多而夜間支出熱量少，溫度必然就高。在北半球，夏季晝長夜短，輻射收入多而支出少，因而夏季溫度高，冬季溫度低。從這裏可以看出，二十四節氣雖然簡明，卻內涵深奧，能詳細地表示季節的氣候變化，對指導農業生產和人們的衣食住行具有普遍意義。
但在四五千年的遠古時代，人類並不懂得這些道理，他們還不可能站在太空鳥瞰地球。古時候人們認為天圓地方，這不僅是中國人的觀念，全世界都這樣認為。在15世紀波蘭天文學家哥白尼“日心地動說”問世前，人們一直以為天地是有中心的，華夏認為自己就處在天地的中心，所以叫中國。在認識大自然的漫長過程中，人們已經能用一根豎立著的竿子測量正午太陽影子的長短，並稱之為圭表，這就是日晷的雛形。
圭表日晷圭就是夯實的土堆，表就是直立在土堆上的竿子。經過長期探索，人們注意到日影長短和寒來暑往有關，為了準確地測量季節變化，就創造了立竿見影的方法。
一年中正午時分竿影最短的一天為夏至，最長的一天為冬至，竿影為最長和最短中間狀態時為春分或秋分，從而確定了冬至、夏至、春分、秋分四個節氣。誇父追日的神話故事，就是遠古人類對日影的追蹤觀測。《山海經》中的《大荒南經》記載的也是這方麵的內容，根據太陽從哪座山頭升起，從哪座山頭落下，來判斷季節和月份。那時沒有節氣知識，卻知道這樣來確定播種期。掌握了冬至、夏至這兩個節氣，就知道了一年的長度。在這之前，觀察花開花謝，草榮草枯，鳥兒遷徙，用物候把握歲月變化，已經積累了一定經驗，這些都成了確定季節的起點。掌握了冬至、夏至之後的幾千年，人們探索季節規律，沿著物候和天象兩個方向發展，逐漸認識了春分、秋分，知道一年有兩個時候晝夜等長，時間就在燕子歸來和飛去的時候，所謂“玄鳥司分”。
《大戴禮·五帝德》說帝嚳“夜觀北鬥，盡觀日，作曆弦、望、晦、朔、迎日推策”，或“觀北鬥四時指向，以定節氣；觀天幹以定周天曆度”，可見五帝時期的帝嚳已在今天的河南偃師開始探索天象、物候變化規律，劃分四時節令，“爻策占驗推算曆法，窮極變化，頒告天下”，指導人們按照節令從事農畜活動。分出了四時、四方，進而又分出了八節。經過龍紀、雲紀、鳥紀節氣史上最漫長的各種物候測天時代，又開辟了觀星候氣的新時代。
物候定季節在夏代結出碩果，觀星候氣在商代掀起高潮，為後來二十四節氣的形成起到了引導作用。春秋時期的《尚書》中有對節氣的記述，西漢劉安的《淮南子》中有完整的二十四節氣記載。古代氣象科學是以氣候學為主導的，到《淮南子》時代，古代氣候學知識體係已臻於完善。二十四節氣的氣候描述，在精密的天文定位的基礎上已經完全定型了，這是中國古代氣象科學發展史上的一個高峰。
二十四節氣是相對於黃河中下遊地區的農業而言的，起初隻適用於黃河中下遊地區。隨著時間的更替和地域的不同，二十四節氣逐漸有了不同的對應含義。
北齊張子信發現太陽視運動不均勻現象，是因為地球公轉軌道的橢圓形引起的。隋仁壽四年（604年），劉焯在他的《皇極曆》中根據這種不均勻現象對二十四節氣提出改革，將周天等分成24份，太陽移行到每一個分點時就是某一節氣的時刻，這樣安排的節氣間隔是不均勻的。
元朝至元十三年（1276年），天文學家郭守敬在河南登封告成周公測影台北側建造了觀星台，對原有的圭表進行了改進。一是加高表柱，表高影長，容易分得細，按比例推算二十四節氣的誤差可以減少。二是在表柱頂端加一根橫梁，其陰影就是表影的盡頭，這條界線容易劃分清楚，測出來的影長就更加準確。三是設計了輔助儀器景符，可以進一步消除影子虛淡的問題，從而大大提高了測影的精度。四是增加了一個叫做“窺幾”的儀器，用肉眼能直接觀看橫梁與月球或恒星的重合，這樣就可以得到與太陽影長性質相同的量。這樣的設計，的確是在前人基礎上的改革與創新。通過實地測驗，郭守敬掌握了日月星辰和地球的運轉規律，測定出一年二十四個節氣的精確時刻，創製了當時世界上最先進的《授時曆》，推算出一個回歸年為365天5時49分12秒，與現在的測定僅相差26秒，與世界上通用的《格裏高利曆》則分秒不差。但《授時曆》比《格裏高利曆》要早300餘年。
1.4地球的冷暖波動
1.4.1地球的冷暖
從以上介紹中我們知道，在漫長的曆史長河中，地球是在緩慢地發生著冷暖變化的。一般認為，地球繞公轉軌道的轉動年複一年都是一樣的，其實不是。從大的時間尺度來看，它是在按一定周期慢慢變化的。這是因為，木星等巨大星球的引力，造成了地球軌道的扭曲。主要體現在三個方麵：一是由於離心率的關係，地球的公轉軌道在正圓和橢圓之間反複；二是由於地軸傾斜的關係，地軸與公轉軌道發生夾角變化；三是因為歲差運動，地球位於近日點的時間從北半球的夏天到冬天，再從冬天到夏天反複變化。
這些要素各自都有其運轉周期。據測算，離心率的變化周期約為9.5萬年，地軸傾斜變化的周期約為4萬年。而歲差運動比較奇妙，可以近似地認為地軸以2.6萬年為周期像快要倒下的陀螺一樣畫著圓圈。這些要素綜合影響的結果，導致地球軌道以數萬年為周期發生變化。而在這大的周期變化之中，還會發生數千年甚至數百年周期的冷暖小波動。