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历史时期气候变化研究是国际上过去全球变化(PAGES)研究的一个重要组成部分。在有关中国过去5000年以来气候变化的研究中,过去2000年时段的气候变化研究已经取得了显著进展,并发表了一大批有影响的研究成果,但关于5000~2000aBP期间详细的气候变化研究相对较弱,特别是覆盖较大地域范围的综合性研究成果较少。
依据从考古证据中提取的气候变化信息,建立历史时期的气候变化序列,是中国在世界上独具优势的一项研究工作。本文通过收集整理中国黄淮流域及邻近地区近30多年来公开发表的各种考古证据,以136个遗址点的资料为基础,首次尝试将目前国际上过去气候变化重建研究中普遍采用的集成研究方法引入到依据考古证据的气候重建研究中,并结合现代气象资料,建立了该区域5000~2000aBP期间分辨率为100年的年均温度变化序列与干湿变化序列;以全国31个不同地点(区)的孢粉、石笋、湖泊沉积、泥炭、冰芯等自然证据反映温度变化的资料为基础,利用集成研究方法和数理统计方法,建立了覆盖全国范围的分辨率为100年的5000~2000aBP年均气温变化序列,科学地把原来基于单一地点(区)的研究转换为宏观区域和全国范围的研究,序列重建结果表明:
(1)温度变化具有明显的阶段性。在黄淮流域及邻近地区,5000~2000aBP的温度变化可以分为6个明显的变化阶段:其中5000~4300aBP为较温暖的降温阶段,其最温暖百年的年均温度较1951~2000年的年均温平均值高1.8℃,最冷百年的年均温度亦较1951~2000年的年均温平均值高1.0℃。4200~3600aBP和3500~3000aBP为2个明显的温暖阶段,其阶段平均温度分别高于1951~2000年的年均温平均值2.87℃和2.3℃。2900~2700aBP为稳定的寒冷阶段,其阶段平均温度较1951~2000年的年均温平均值低约0.18℃。2600~2400aBP为较暖阶段,阶段的均温较1951~2000年的年均温平均值约高1.0℃。2300~2000aBP为略暖阶段,其中2300~2200aBP表现为与今相似的温暖水平,2100~2000aBP温度略微回升,其阶段平均温度较1951~2000年的年均温平均值约高0.5℃。对中国整体而言,5000~2000aBP期间的气温变化也可分为6个冷暖变化阶段:5000~4400aBP、4200~3000aBP、2800~2300aBP为温暖阶段;4300aBP和2900aBP为寒冷阶段,2200~2000aBP为与今接近的冷暖波动阶段,其中2200aBP和2000aBP较今略冷,2100aBP较今略暖。
(2)温度变化存在空间差异。在黄淮流域及邻近地区,温暖时期大部分地区表现为一致的温暖特征,仅在北部和西部部分地区,表现出不一致的变化;在寒冷时期,寒冷的气候也常常覆盖整个区域。空间差异较明显的时期主要发生在冷暖的转换过程中,在降温变化过程中,降温首先发生在北部高纬度地区和西部的高海拔地区,然后逐渐扩展到东部和南部地区。在升温变化过程中,中东部地区表现明显,西部地区的变化不显著。
对中国整体的空间差异来说,在冷暖变化幅度上,在5000~2000aBP期间,东部季风区的变化幅度小于西北区和青藏区。对东部季风区而言,在冷暖转换过程中,最大降温和升温幅度分别为0.57和0.55个方差单位/100a;在西北区,最大的降温和升温幅度分别为1.03和0.52个方差单位/100a;在青藏区,最大的降温和升温幅度分别为1.08和1.02个方差单位/100a。在冷暖变化的阶段上,3个区域也有所不同。特别是在4300aBP、3300aBP、2900~2300aBP等反映出的百年~数百年阶段的气温变化中,东部季风区和青藏区以温暖为主,而西北区则以寒冷为主;在4800aBP等时段的气温变化中,东部季风区和青藏区以寒冷为主,西北区则较为温暖,存在反相变化。
(3)在冷暖转换过程中往往存在较大变动幅度。从黄淮流域及邻近地区的变化情况看,在5000~2000aBP中,存在多个百年际的冷暖转换过程,其中最大的降温过程出现在4100aBP~4000aBP中,温度降幅为3.7℃/100a,最大升温出现在4000~3900aBP,升温幅度亦达3.7℃/100a。从中国整体变化情况看,在各个百年际的冷暖转换过程中,最大的降温发生在3000~2900aBP,温度降幅为0.5个方差单位/100a,最大的升温发生在2900~2800aBP,升温幅度为0.3个方差单位/100a。
(4)干湿变化存在阶段性。在黄淮流域及邻近地区,5000~2000aBP的干湿变化可以分为7个较明显的干湿波动变化阶段。5000~4500aBP、3900~3600aBP、3100~2400aBP、2100~2000aBP为干旱阶段;4400~4000aBP、3500~3200aBP、2300~2200aBP为湿润阶段。
(5)干湿状况区域分异明显。5000~2000aBP期间,在黄淮流域及邻近地区,干湿状况存在较为明显的东西分异。无论是在湿润阶段,还是干旱阶段,其西部地区大部分时间都表现为干旱,而东部地区大部分时间则相对湿润。