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2015
03-15

科学可以重建中国古代气候情况

科学研究显示,唐朝和宋朝,中国平均温度均偏高,但在空间分布上有很大的差异。

■ 《地球物理学研究杂志》发表论文 证明唐宋是我国过去两千年中两个典型暖期

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模拟的唐朝初期(650-700AD,图a)和宋朝初期(950-1000AD,图b)年平均温度的异常,资料由古气候研究团队提供。

  科学研究显示,唐朝和宋朝,中国平均温度均偏高,但在空间分布上有很大的差异。

你想知道中国哪个朝代的气候,科学家可以给你恢复当时的气候情况。这绝不是吹牛,是有严格的科学依据的。

2月19日,竺可桢—南森国际研究中心(NZC)(中国科学院大气物理研究所)古气候研究团队的科学家们发表在《地球物理学研究杂志》(Journal of Geophysical Research)上的论文就研究了唐宋两朝的气候情况。

3月12日,古气候研究团队成员之一燕青博士向东方早报介绍,该团队利用耦合模式CESM(通用地球系统模式),开展了过去两千年(0-2000AD)的瞬变模拟试验,比较了唐朝初期(650-700AD)和宋朝初期(950-1000AD)中国气候变化特征。

研究发现,唐朝和宋朝是我国过去两千年中两个典型的暖期,中国平均温度均偏高,但在空间分布上有很大的差异。

 

隋唐曾有“暖冬记录”

北宋也曾“祈雪”

唐朝初期增温主要出现在黄河流域、中原腹地,是区域尺度上大气净能量的增加以及有利的热量输送所造成的;而宋朝初期全国普遍增温,是太阳辐射强度的增加造成的。因此,唐朝暖期是一个区域现象,而宋朝暖期是全球或半球尺度上的暖事件在中国的体现。

燕青博士告诉东方早报,研究甚至可以估算到唐朝某一地某一天的降水和气温的具体情况。比如可以给出天授元年(690年)九月初九武则天登基这一天洛阳的气温和降水情况。“当然我们认为这样的数据只是估计值不一定准确,如果是多年的平均值我们则可以给得较为准确。”

事实上,中国现代地理学和气象学的奠基人竺可桢,早在1973年就对中国5000年来的气候变迁做出深入研究,其成果发表在当年第2期的《中国科学》(《中国近五千年来气候变迁的初步研究》)。由于中国古代没有准确的温度记录,竺先生采用历史文献记载、物候记载及考古发掘证据等,重建出中国5000年来的温度变化。

竺可桢先生研究指出,中国隋唐是一个温暖期,国都长安屡屡出现“无冰无雪”的暖冬记录,皇宫中甚至能种植柑橘,扬州还首次出现了双季稻的记载。

竺可桢先生同时考证出,北宋大部分时间也处在温暖期中。当时中国冬小麦种植的北界曾一度向北扩张到大同-长春一线,而茶树种植的北界也到达淄博-开封一线,这比现代种植偏北约1个纬度左右,可见当时中国气候的整体偏暖格局。另外,北宋开封也出现了类似于“冬无雪”和“祈雪”的暖冬记录。

 

历史数据重建和气候

模式模拟是主要方法

古气候研究团队成员燕青告诉东方早报,研究过去气候的方法主要包括历史数据重建和气候模式模拟。对于历史数据重建,科学家利用树轮、冰芯、石笋、历史文献等来推断过去的气候。然而,这些数据是零散有限的,并且难以解释所记录的气候情况。如三月开花,只知道暖,不知为何暖。

气候模式模拟方法能够弥补历史气候资料重建方法的不足,利用气候模式不但可以恢复历史气候变化,还可以探索过去气候变化的原因。燕青告诉东方早报CESM模式由美国大气研究中心于上世纪90年代开发,经过不断改善,他们此次采用的是该模式的最新版本。该模式能够模拟提供全球的气候情况,古气候研究团队重点探讨中国的气候变化。

此次研究的新贡献是在空间分布上研究了唐朝的气候变化并对比了唐宋两朝暖期的不同。“简单讲,科学家用数学公式来描述大气和海洋的流动、冰雪的积累和消融等过程,并将这些数学公式综合起来,由此构成气候系统的数学物理模型,然后,给出一个强迫场,输入火山活动、植被变化、太阳活动变化、二氧化碳变化等信息,用数值的方法近似求解数学公式,我们就可以得出温度、降水等气候信息,还原当时的气候背景。”燕青告诉东方早报。

那么这些强迫因子从哪里来呢?燕青博士介绍,冰芯可以提供火山活动、二氧化碳和太阳活动的数据。火山喷发后火山灰会在极地冰盖沉积下来,通过钻取冰芯依据火山沉积物信号来判断当时的火山活动。同时,通过测量冰上有没有气泡及芯气泡中的二氧化碳含量和某些化学元素可以判断当时的二氧化碳和太阳辐射强度的情况。

另外,科学家通过测定土壤中或湖泊沉积物中植物花粉等信息来推断当时的植被状况。此前,这四个因子已经由其他科学家重建好了,他们的工作就是通过气候模式利用这四个因子来重建过去两千年的气候情况。燕青告诉东方早报,此次对唐宋气温的研究花费了两三年时间,需要利用超级计算机进行大量的计算,数据存储以T计。

此前,燕青所在的研究团队做过300万年前的气候研究,当时的二氧化碳浓度大约是405ppmv,利用气候模式模拟的当时的气温是1.9到3.6摄氏度,这与IPCC5(联合国政府间气候变化专门委员会第五次评估报告简称)预估的21世纪末的全球平均气温是相似的。研究该时期的气候,在一定程度上,可以为预估未来的气候变化提供一定的参考。

“这样的气候模式最早开始于19世纪70年代中期,随着超级计算机的发展也在不断完善。”燕青介绍,目前国际上有50多种类似的气候模式,主要发达国家和发展中国家基本上都有自己的模式,中国共有六个气候模式。其中中国科学院大气物理研究所有两个,中国气象局有一个模式,北京师范大学有一个,中国海洋大学有一个,南京信息工程大学有一个。

“理论上,在气候模式与超级计算机两者完善的情况下,我们可以重建和预估任何时期的气候。”燕青告诉东方早报。

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最后编辑:
作者:马光

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