1 前言
目前,气候变化可能正以超过历史记录的速度推动着环境生态的变化或转型,这无疑是对现代社会政治、经济发展的严峻挑战[1⇓-3]。过去数百万年以来,人类就曾屡次面对过类似的遭遇,经历了从依附自然、利用自然、到试图与自然和谐发展的历程,塑造了今天的文明[4⇓⇓⇓-8]。现今全球气候变化与人类社会发展的格局,是在气候长期演变背景下形成的。地球气候经历了构造尺度（10~1 Ma）、轨道尺度（100~10 ka）、短时间尺度（1000~100 a）和超短时间尺度（年代际-季节性）等不同时间尺度的变化[9],在不同时间尺度上,气候变化与人类活动的关系有不同的特征和模式。要客观认识现今人地关系的规律和趋势,有必要回顾过去不同时间尺度气候变化背景下人类社会适应发展的历史。
总结近年来相关研究案例,从研究方法上来看,开始通过古气候参数定量重建[15⇓⇓-18]、量化人类活动（文化）指标,推进了气候变化与文化演替因果关系的判别研究[19⇓-21];通过探索多学科交叉研究范式,建立了人类活动-环境变化适应性循环研究新方向[22,23]。从研究证据上来说,大致分为3个方面：1）灾变性气候事件与人类文化演替的关系,例如洪水、干旱、地震、火山事件等对人类社会活动产生的重大影响[24⇓⇓-27];2）周期性气候变化与人类文化演替的关系,例如认为十年-百年际时间尺度的周期性气候振荡,可能对游牧迁徙、人口变动、战争频率、王朝更替等人类社会发展进程有深远影响[22,29⇓⇓-32];3）人类社会对气候变化的弹性适应（social resilience）,涉及到考古学文化对气候事件或周期性胁迫的敏感程度和阈值研究等[23,33⇓⇓-36]。
其中,周期性气候变化与人类活动关系研究,由于其在证据方面具有一定程度的可重复性,在时间尺度方面具有多样性,在发展趋势方面具有可预报、预警性,从而得到越来越多的关注。本文试图根据国内外部分周期性气候变化与人类活动关系研究案例,特别是近年来中国学者开展的相关工作进展,探寻旧、新石器以及历史时期以来,人类是如何在适应大幅度周期性气候变化过程中壮大了种族、发明了农业、繁荣了文化、发展了文明的,以及如何在利用自然、改造自然的过程中和谐发展的,以期探索不同时间尺度周期性气候变化与人类活动相互作用的规律和可能机制。
2 旧石器时代周期性气候变化与人类活动
在上述过程中,有两个关于人类发展与周期性气候变化有关的问题受到关注：1）周期性气候变化与古人类演化;2）周期性气候变化与人类迁移。
2.1 旧石器时代：周期性气候变化与古人类演化
Potts根据尼罗河流域沉积记录变化序列,识别出在非洲东部距今5 Ma以来气候经历了32个气候干与湿的高频率波动期（High climate variability, H1~H32）和31个相对稳定期[45]。其中有8个高频率波动期持续时间较长（t>192 ka）,由新到老分别为H2、H9、H14、H17、H18、H19、H30和H31[43]。研究显示,早期人类重要成员的出现、绝灭、扩散的时间与这8个高频率气候波动期的时间节点相吻合。例如,H14期（约距今1.9-1.7 Ma）,直立人（Homo erectus）在非洲出现,脑容量扩大,走出非洲;H2期（约距今358-50 ka）,智人（Homo sapiens sapiens）在东非出现,并快速扩散至欧亚大陆[43,46]。
随着气候变化,人类祖先逐渐增强了他们应对栖息地变化的能力,而不是专注于单一类型的环境。扩大适应性、多样性的程度,选择新的栖息地,对任何生物世系的延续都是重要的,人类也不例外。
2.2 旧石器时代：周期性气候变化与古人类迁移
也有观点认为,气候寒冷期也是促使人类向外迁徙的重要时期。Timmermann等认为在寒冷的末次冰期人类多次走出非洲。他以过去125 ka气候与海平面变化为背景,建立了智人扩散模型,模拟结果和考古证据表明,在距今106-29 ka期间,现代人类曾经4次横跨阿拉伯半岛走出非洲（106-94 kaBP、89-73 kaBP、59-47 kaBP和45-29 kaBP）;而且在每次走出之前,非洲都遭受过长时间的旱灾,揭示了短时间尺度气候变化在人类迁徙过程中也发挥了重要的驱动作用[55]。
气候温暖期和寒冷期的环境格局是不同的,在寒冷的末次盛冰期（LGM, Last Glacial Maximum,22-18 kaBP）,全球海平面下降120-130 m,广泛出露的海岸带有可能方便了人类的迁移[56],海岸带分布的地理位置,有可能影响了人类迁移方向。是否存在寒冷冰期人类沿海岸带从非洲大陆大概率向东南亚-澳大利亚迁移、温暖期更方便人类向北-地中海-欧洲大陆移动的可能性?这还需要更多环境考古的证据去验证。
3 新石器时代周期性气候变化与文化演替
末次冰消期到全新世转暖过程中,人类社会经历了从渔猎采集、作物驯化到农业社会的重大转折,尽管全新世期间周期性气候波动的幅度相对末次冰期期间要小很多,但周期性气候变化与新石器文化文明演替、农业起源关系的证据和研究案例更为丰富。
3.1 新石器时代：周期性气候变化与文化演替
3.1.1 定性对比分析
依据逐渐积累的国内外考古学证据和古气候研究的成果对比,初步揭示出新石器时代短时间尺度周期性气候变化与文化演替的大致关系。Hinsch较早根据气候-农业-文化关系的逻辑论述了中国新石器-历史时期,社会文化以农为本,在气候变化面前格外脆弱;从新石器时代至清朝,气候温暖期与寒冷期周期性变化的过程,对应了农耕文明与游牧文明较量与整合的过程。在温暖期,中国经济繁荣,民族统一,国家昌盛;在寒冷期,经济衰退,游牧民族南侵,多农民起义,国家分裂,经济文化中心南移等[63]。
针对北温带草原地区,吕厚远通过对新石器以来气候变迁与北温带草原文化关系的对比分析,揭示出10 kaBP以来存在约500-800 a的气候变化周期,在气候寒冷期,对应了北方游牧民族的南移。认为“如果新石器以来气温的升降幅度按2-4°C计算,气温等值线在纬度上的迁移幅度应达3-6度,如果这种气候变化导致的水热条件的变化在200-300 a期间能够完成草原植被的演替及草原的迁移,那么草原带的迁移幅度至少300-500 km;随着在大约在2.8 kaBP、4.2 kaBP、5.5 kaBP、6.9 kaBP、8.2 kaBP前后气候出现显著的降温,从东亚到西亚的草原文化,也随之向南扩展”[30]。由于全球变化的同步性,从东亚到西亚草原文化,向南扩展也呈现同时性,人类历史发展的重要界限对应了显著的气候变化的节点[30]。
在中原文化区,韩建业认为新石器时代的中原文化的实力、内部统一性和对外文化关系,呈现出2000 a左右的周期性变化,表面上看只是中原文化自身发展的韵律,深层次上是裴李岗文化、仰韶文化、龙山文化繁盛期分别对应了3次气候温暖期,受气候变化的影响非常明显[64]。在这种周期性的变化过程中,中原文化得以呈螺旋式发展壮大,“中国相互作用文化圈”的范围由小到大、内部联系日趋密切、认同感日益加强,具有历史意义的“早期中国”从酝酿至雏形到最终形成。
在北美大陆,Munoz等研究了涵盖缅因州到宾夕法尼亚州的500余个考古地点的证据,包含1887份14 kaBP以来的14C数据、63个剖面花粉记录等气候和文化的数据。分析发现,在11.6 kaBP、8.2 kaBP、5.4 kaBP和3.0 kaBP几乎所有文化演替的时间,都恰好发生在生态环境快速变化的时期[61]。
在印度季风区,同样存在千年尺度周期性气候变化与文化演替的关系。Rawat等根据喜马拉雅南坡贝德尼昆湖（Bednikund lake）沉积记录的高分辨率气候序列,揭示出印度河流域哈拉帕文明（5.2-3.3 kaBP）和吠陀文明（3.4-2.4 kaBP）的演替与周期性印度季风变化有关,在印度季风增强、降水增加期间,文明建立并繁荣,印度季风减弱期则对应着文明的崩溃[65]。
上述研究工作表明,不同区域短尺度周期性气候变化与文化演替存在密切联系,但是这种联系在不同区域之间是如何对应的,如何检验这些关系的可靠性?如何获得精确定年的、高分辨率气候重建记录和人类活动-文化变迁的定量指标,是影响深入研究气候变化与人类活动关系的关键所在。
3.1.2 定量统计分析
最近,来自中国东北龙岗小龙湾玛珥湖年纹层沉积的孢粉记录,提供了全新世以来准确定年的年际-年代际分辨率气候变化证据,通过对距今9260 a 以来植物花粉种类和含量变化的分析,揭示出适应温暖湿润气候的栎属等花粉含量以及花粉组合第一主成分呈现周期性变化;谱分析呈现出显著的500 a周期,但是每个周期的波动幅度并不一样,500 a气候周期,叠加在中全新世暖湿期（7-5 kaBP）总体变化趋势上[29]。
图1
红山文化是中国北方最具代表性的新石器文化之一,目前位于东亚夏季风北部的边缘区,其生态环境对周期性气候变化敏感;但与红山文化期对应的中全新世是夏季风最强盛的暖湿期,当时夏季风北部边缘区会进一步向西北迁移,可能抑制了该区500 a气候周期信号的强度,难以击垮一个“社会弹性”已经很强的文化体系,包括增强土地利用的集约化农业、居住地和宗教活动的变化,以及精英阶层获得的空前的祭祀权力等。直到5 kaBP前后,中全新世后期快速的变冷同时叠加了500 a周期冷相位,加速恶化的气候击垮了红山文化社会弹性的底线。进一步研究发现500 a周期性气候演化与太阳活动引发的厄尔尼诺-南方涛动的频率有明确的关系。
对于新石器时期文化与气候关系的研究,正在经历从定性分析到量化统计检验的过程,明确量化环境变化因素在文化变迁中的贡献,揭示不同区域、不同时间尺度周期性气候叠加和文化变化的节点、变化阈值的关系,及其相互作用的非线性过程,仍然是今后长期研究的难题和切入点。
3.2 不同周期性气候叠加与农业起源和发展
不同时间尺度周期性气候叠加,是古气候演化过程的常态[9,68],在现代大气系统中经常以非平稳、多层次、奇异突变的状态出现[69]。在晚更新世以来冰期-间冰期万年尺度的气候变化中,叠加了千年尺度的H（Heinrich）准周期性事件和D-O（D-O: Dansgaard-Oeschger）振荡周期[70⇓-72]。被认为是H0的新仙女木-YD寒冷事件（YD: Younger Dryas event, 12.9-11.7 kaBP）,叠加在末次冰消期向全新世变暖的万年尺度气候变化相位上,是地球显著转暖（博林-阿勒罗得暖期,BA: Bølling/Allerød, 14.5-13 kaBP）过程中的一次“倒春寒”,全球农业从此在中南美洲（玉米Zea mays）、西亚（小麦Triticum spp.）、东亚（黍Panicum miliaceum、粟Setaria italica、水稻Oryza sativa）3个中心区域出现,人类进入了选择以禾本科植物为主要驯化农作物的农耕文化新纪元。
我国东部地处东亚季风区,拥有旱作和稻作两套农业体系,孕育了悠久的农耕文明,是研究气候周期性变化与农业起源、文化演替关系的关键区域。本文作者课题组20多年以来通过对我国古气候定量重建、人类活动和旱作、稻作农业起源的系统研究[15,16,75⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-86],发现末次冰消期以来,有3个气候变化与农作物驯化同步的关键时间节点：约14.5 kaBP开始增温（BA博林暖期）、约12 kaBP突然变冷（YD事件）、约10 kaBP以来长期增温阶段（全新世温暖期）,分别与水稻的出现、水稻消失（衰退）、和水稻、黍、粟的驯化完成,以及人口变化过程[15]在时间上是对应的（图2）;并发现和明确了东亚农作物驯化需要2-3 ka以上长期驯化的证据和观点[75⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-86]。
图2
从目前人类选择采集-驯化植物种类的过程和证据看[15,77,79],晚更新世以来的广谱革命（Broad spectrum revolution）,大致经历了从开始的采集坚果类木本植物→双子叶草本植物→单子叶草本植物,到最后选择一年生、季节性生长、自花授粉的禾本科植物的过程。无论美洲起源的玉米、西亚的小麦、东亚的水稻、黍、粟等禾本科植物,他们都是以生长期短、成熟快、可以适应快速气候变化、自花授粉利于选择过程中遗传性状保留、果实大而且方便储存过冬的植物,成为不同地区早期人类为应对食物短缺、有意或无意、不约而同选择的目标。因此,能够适宜繁衍这类禾本科植物的区域,不仅是季节性气候变化大的区域,同时也应该是受到YD事件显著影响的区域,大概率才有可能成为农业起源的中心区域,形成农业起源时间、地点、种类相互关联的完整的证据链。
基于YD事件显著影响的区域气候和土壤、植被生态分布特点,依据古气候和农业考古的证据,从环境、社会、人类认知几个方面考虑,我们认为20 kaBP以来气候转暖（BA）、又突然降温（YD）、然后持续升温的气候周期叠加驱动,是农业最早在3个中心区起源的重要驱动机制。相对过去农业起源的“绿洲说”“边缘说”“人口压力说”“竞争宴享说”等各种假说[89],气候周期叠加驱动机制不仅可以回答全球农业为什么在20 kaBP以来起源,而且可以回答为什么最早在中南美洲、西亚、东亚几个中心区域起源等难题。
本文把农业起源气候周期叠加驱动机制,称之为“BA-YD资源压力说”,或者说是“博林-新仙女木叠加驱动资源压力说”。YD事件的寒冷程度并不比H1~H8事件更寒冷,但它是在长周期全球升温、万物复苏过程中叠加的寒冷事件,同时随着冰消期海平面上升、促使生活在大陆架的人群向海岸带迁移,进一步打破了北半球中纬度森林草原-草原区域正常的人口与资源的平衡变化趋势,徒增了人类群体生存性资源压力。人类在广谱革命的适应探索过程中,受益于单位面积“采集农业”资源养活人口的数量远大于狩猎人口数十至百倍以上,选择生长期短、成熟快、果实方便储存的禾本科植物进行栽培,或从无意到有意的驯化,成为人类社会适应气候环境变化的最佳选择、也许是最辛苦的选择。
4 历史时期以来：周期性气候变化与人类活动关系的复杂性
综合近年来的进展,大部分是以传统农业（游畜牧业）为经济基础的文化演替为对象,研究历史时期周期性气候变化与人类活动的关系。另外,是以近百年来工业革命为基础的近代场景,分析气候周期性变化与社会经济发展的关系。
4.1 以传统农业（游畜牧业）为经济基础的历史场景
与新石器时期研究相似,有两种不同的研究方式,即：1）是通过区域气候-文化变化节点的对比;2）是通过气候-生态-文化量化关系的统计检验。
4.1.1 区域气候-文化变化节点的对比研究
许多古气候学家与历史学家相信,大规模、长时期的战乱、大一统朝代和强大帝国出现的背后,多数有区域气候变化的身影。许靖华先生从全球角度介绍了近4 kaBP来有4次准周期性变冷期（2000 BC、800 BC、400 AD及1600 AD左右）影响了欧洲不同地区的降水形式,在欧洲北部变得更潮湿,而中低纬度地区变得更干旱;这两种变化形式的快速变化都不利于农业生产,造成庄稼歉收和大面积饥荒,对应了历史记载的民族大迁移[26]。
在西亚,3000- 2000 BC气候变冷同样影响了地中海-西亚地区的环境格局和文化变迁。安田喜宪教授指出,北纬35度线是西亚地区一个重要的分界线,气候变冷在界线以北形成冷湿的环境,以南形成冷干的环境,显著影响了人类活动和文化演替[94]。
但是并不是所有的案例都存在相同的模式,许倬云先生通过对东汉-南北朝历史史料分析,明确了4个寒冷时期（90-130 AD,180-200 AD,270-330 AD和410-540 AD）,但他没有发现北方游牧民族大肆南侵的记录,认为“天气与人事间,难以建立密切因缘”[96],不符合寒冷干旱驱动游牧民族扩展说;并指出“寒冷干旱驱动”的观点可能是错误的,需要更深层次的思考气候变化与游牧社会间的关系。
4.1.2 气候-生态-文化量化关系的统计检验范式
方修琦等定量分析了过去2130 a气候变化与中国不同朝代相关的宏观经济周期的关系[22]。将气候和社会变化的研究基于一系列以10 a为分辨率、长达2000 a的经济代理数据,统计分析发现存在100 a和320 a两个优势波段（周期）,经济与气温和降水显著相关;气候对经济的影响是一种驱动响应关系,伴随人类在多尺度上的主动响应和影响。从更宏观的视野来看,经济周期的气候驱动受到社会记忆、技术进步等更大、更慢的过程的调节。
时间尺度越小,区域差异越明显。李峯等通过对1470~1911AD这近500 a中国3个农业生态区（水稻、小麦种植区和牧业区）气候、灾害、农业、内乱等开展定量分析[20],探究中国周期性旱涝灾害与内乱的对应关系。他们采用Poisson回归分析和小波一致性分析检测两者关系,结果显示旱涝灾害显著地诱发了中国历史时期的内乱,但区域差异明显。在水稻种植区,洪涝在年际和数十年际时间尺度引发内乱;在小麦种植区,洪涝和干旱均在年际和数十年际时间尺度引发内乱;牧业区的内乱只在数十年际尺度与洪涝相关。此外,在数十年际时间尺度上,3个农业生态区的旱涝事件只在人口密度不断增加或处于相对区域承载力较高的时段内和内乱显著相关,指示气候-战争的对应关系明显受地区因素如自然环境及人口压力影响。
定量化的统计检验研究结果,相对变化节点的经验对比更客观,不仅可以了解统计误差范围、事件发生的概率大小,更重要是可以进行不同数据的可重复检验[102]。
4.2 近100年以来工业革命时期气候变暖场景
图3
图3
中国东部小龙湾年纹层孢粉分析揭示的5350年以来的温度变化示意图
该图显示,近100年升温过程位于500年自然周期的变暖相位上;a.谱分析结果;b.气候变化曲线（据[103]）。
Fig.3
Temperature changes since 5350 years ago revealed by annual stratigraphy pollen analysis in Xiaolongwan Lake, Eastern China
indicating a warming process in the last 100 years, which is located in the warming phase of the 500-year natural cycle. a. spectrum analysis results; b. Climate change curve (by [103])
在20世纪末我国西北干旱区年降水量显著增多,施雅风先生认为我国西北干旱区正在发生从暖干向暖湿的气候转型[104]。这次气候转型是人类活动影响还是自然周期变化的继续,事关社会经济环境的发展。崔安宁等基于对青藏高原北部湖泊年纹层沉积物孢粉分析,通过孢粉-降水转换函数定量重建了该区过去1656 a（350 AD到2006 AD止）的降水变化,发现降水变化过程主要受3个自然周期的调控,分别为约200 a周期（与西风带有关）和88 a、60 a周期（与亚洲季风有关）。目前这3个周期大致都处于降水开始增加的相位上,可用来解释近年来降水的转型[100],说明年际-十年际自然气候周期依然在现今的全球变暖过程中起作用。
经济学家在建立气候与社会经济文化周期关系的过程中,同样遇到如何量化社会经济周期的指标问题。瑞·达利欧教授提出了8个社会大周期的量化指标[111],包括教育、竞争力、创新和技术、经济产出、世界贸易份额、军事实力、金融中心实力和储备货币地位。通过考察这些指标,他发现存在3个至关重要的周期【50-100 a长期和约8 a短期债务周期、内部秩序和混乱约100 a周期、和外部秩序和混乱周期（周期长度取决于各国财富与权力的竞争力）】与创新和自然灾害一并构成了5大决定性力量,驱动一个可以跨越百年的巨大的社会兴衰周期,每个国家都曾经和正在经历这样的周期,不同国家可以处于周期的不同阶段（相位）。
虽然瑞·达利欧考虑到气候变化、自然灾害会在导致经济崩溃、加速帝国和王朝的衰落起到重要作用,但是他承认自己不是气候方面的专家,乐意相信周期性气候变化在他建立的周期律中起作用[111]。
自然环境和人类社会都处在永恒的运动变化中,气候学家、政治家和社会学家都试图从各自的视角去阐述社会演化中形式多样的周期性规律。如何探究人类社会周期性兴衰背后的驱动机制?是自然科学和社会科学近年来共同努力的方向。
5 周期性气候变化与人类社会适应性循环机制研究
历史事件是在短期内看似没有规律的偶然现象,但放在一个更大的时间尺度和空间尺度内,可能看出它的潜在周期性规律,虽然历史不会重演,但总会在押韵。
图4
图4
扰沌(panarchy)连接,多个尺度上的关联适应循环[23]
图中r、K、Ω和α解释：r阶段（生长）系统的连接度和稳定性增加,并且开始积累自然资源和社会资本;K阶段（积累）聚集的资源越来越为系统所固持,随着系统的连接度增加、控制力也越来越强;Ω阶段（重组）随着K状态过度连接和僵硬的控制,导致系统的恢复力(resilience)降低,积累变得十分微弱,在微不足道的干扰下,会导致系统出现巨大危机和转变;α阶段（更新）系统进行重新组织,过程具有高度不确定性,有可能重复上一循环,也可能进入新的不同的循环。
Fig.4
Panarchy connections, linked adaptive cycles at multiple scales[23]
Originally published in Panarchy: Understanding transformations in human and natural systems, Edited by Lance H. Gunderson and C.S. Holling 2002. Permission Island Press[23]）. r, K, Ω and α Explanation: r stage (growth), the connectivity and stability of the system increase in r stage, and begin to accumulate natural resources and social capital; K-stage (accumulation), the resources gathered in stage K are increasingly fixed by the system, and the control force becomes increasingly stronger with the increase of the connection degree of the system; Ω stage (reorganization) with the over connection and rigid control in K state, the resilience of the system decreases and the accumulation becomes very weak, under insignificant interference, it will lead to great crisis and transformation of the system; α stage (update) system is reorganized, and the process is highly uncertain, it is possible to repeat the previous cycle or enter a new and different cycle.
扰沌提供了跨越尺度的联结模式,反映了适应循环的嵌套性,不同时间尺度的气候变化和社会发展周期环之间是相互嵌套的,小的系统中存在的环可以嵌套在大的系统环上。要考察环之间的嵌套点,就要注意K状态。小的环如果以Ω（重组崩溃）状态嵌套在大的系统的K状态时,称为反抗,这种反抗的积累有可能使得大的系统的K状态崩溃,造成部分影响全局。另外,如果小的环处于α（更新重生）过程中,那么更大级别的K状态将会影响小系统的重建方向,造成全局控制部分（图4）。
Rosen等利用适应性循环模型解释了新仙女木采集者的适应性问题,认为在整个末次盛冰期（LGM）、博林暖期（BA）、新仙女木（YD）小冰期和全新世早期,地中海东部的黎凡特采猎者的响应过程分别与中尺度适应循环的α、r、K和Ω相对应[35]。
图5
图5
自适应循环模型分析气候变化在中国近2000年以来宏观经济周期和朝代周期中的作用[22]
从上到下： 1）α、r、K和Ω分别代表自适应周期的4个阶段[23];它们同时也对应图中第2排的不同王朝; 2）彩色条表示中国百年尺度的暖/冷期[18];3）适应周期中每个主要王朝的阶段;4）各朝代皇帝在适应周期中所处的阶段;这8个圆圈代
Fig.5
The adaptive cycle model used to analyze the role of climate in the macro-economic and dynastic cycles in China over the past 2000 a[22]
From top to bottom: 1) α, r, K, and Ω represent four phases of the adaptive cycle, respectively[23]; here, they also refer to the dynasties identified in the second row of the figure; 2) the colored bar indicates centennial-scale warm/cold periods in China[18]; 3) the phase of each major dynasty in the adaptive cycle; 4) the phase of Emperor in each dynasty in the adaptive cycle; the eight loops represent eight long dynasties: the Western Han(W. Han, 206 BC-AD 25), Eastern Han(E. Han, AD 25-220); Tang(AD 618-907); Northern Song(N. Song, AD 960-1127); Southern Song(S. Song, AD 1127-1279); Yuan(AD 1234-1368); Ming(AD 1368-1644); and Qing(AD 1644-1911)
相对来说,适应性循环模型是目前揭示周期性气候变化与人类社会周期性兴衰关系的较全面的概念模型之一。地球系统科学的最大挑战是将社会科学和人文科学中体现人类活动动力学与生物物理动力学充分结合起来,通过物质、能量、生命、信息等动力链条的交流,打通时间隧道、圈层隔离、空间局限、揭示圈层相互作用过程,阐明自然界和人类文明在不同尺度上的动态协同演化关系,需要不同学科全力以赴、负重致远。
6 小结
了解气候变化及其对人类文化的可能影响,是21世纪重大的科学挑战之一。自然和人类社会是两个复杂的系统,旧、新石器以来不同场景、不同时间尺度周期性气候变化和人类社会兴衰发展的关系、过程和机制有很大不同。特别是对新石器以来的人类社会（文化、文明、帝国、王朝等）周期性演替的驱动机制的认识,人文社科领域学者多从社会内部发展驱动找原因,自然科学领域学者多从外部周期性环境变化驱动找原因。开展社会科学和自然科学领域的交叉研究, 形成多学科交叉研究的新范式,是深入研究的关键途径。
新的研究范式涉及到研究理论、方法、技术、应用的变化和突破,无论是气候变化研究还是社会文化发展研究,需要做到以下几点：1）把传统的、零散的定性描述证据转变为定量的（变率、速度、幅度、阈值）连续的时空变化序列,充分考虑数据的多源、多尺度、高维、复杂时空依赖性;2）把个案讨论汇入大数据统计检验中,把不同时间尺度周期性、事件性叠加的气候-文化现象、节点,通过贝叶斯、概率推断等统计方法区分出来;3）系统开展历史和史前时期不同场景中文化的代表性标志和定量化方法研究,建立人类活动、文化变迁与温度、降水、生态环境变化的线性-非线性关系与模型;4）古气候变化研究并不只是为解释过去古人类活动服务的,应该是与考古学文化研究一起,为地球系统科学研究提供多圈层相互作用的证据。
最近几十年,新证据、新方法和新突破已经加深了人们对周期性气候变化与人类活动关系的理解。仅从我国古代人类发展与气候背景关系看,气候增温有利有弊,周期性气候变暖总体上有利于我国社会文化的发展;快速气候环境变化（变暖、变冷）,一旦超出人类文化的应对（弹性）能力,将直接威胁着人类生存安全;减缓气候变化速度,是正确的选择;自然界存在多种尺度的气候变化周期,今天的气候变化有自然周期变化延续的背景,今天的气候变暖要考虑自然气候变化的贡献。
致谢
感谢靳桂云教授的宝贵意见;感谢贺可洋、崔安宁博士对本文提供的大力支持;感谢张健平、贺可洋、郇秀佳、杨晓燕、王灿、吴海斌、吴乃琴、沈才明等参与关于农业起源机制的讨论。
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Possible role of the "Holocene Event 3" on the collapse of Neolithic Cultures around the Central Plain of China
[J].DOI:10.1016/S1040-6182(03)00125-3 URL [本文引用: 1]
The pulse of imperial China: a quantitative analysis of long-term geopolitical and climatic cycles
[J].
Outburst flood at 1920 BCE supports historicity of China's Great Flood and the Xia dynasty
[J].DOI:10.1126/science.aaf0842 URL
Synchronous 500-year oscillations of monsoon climate and human activity in Northeast Asia
[J].DOI:10.1038/s41467-018-07882-8 URL [本文引用: 8]
Climate change, communities, and civilizations: driving force, supporting player, or background noise?
[J].
The 8.2 ka BP Holocene climate change event and human population resilience in northwest Atlantic Europe
[J].DOI:10.1016/j.quaint.2017.10.017 URL [本文引用: 1]
The resilience of postglacial hunter-gatherers to abrupt climate change
[J].
Climate change, adaptive cycles, and the persistence of foraging economies during the late Pleistocene/Holocene transition in the Levant
[J].DOI:10.1073/pnas.1113931109 URL [本文引用: 2]
始新世-渐新世界线的全球气候事件:从“温室”到“冰室”
[J].
DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2003.05.0691
[本文引用: 1]
新生代以来,全球气候在持续不断的变冷,从两极无冰的"温室地球"变为现今两极终年有冰的"冰室地球",经历了多次冰盖扩张的变冷事件。始新世-渐新世界线（E/O）附近,δ<sup>18</sup>O值大幅度正偏,在短期内由 1．2‰迅速增加到 3．0‰,底层海水温度从12 ℃降低为 4．5 ℃。保存在大洋和大陆中的记录表明：E/O界线附近,全球气温大幅降低,海陆生物均有不同程度的灭绝,指示了气候变冷、变干的趋势。始新世-渐新世转换期间,南极洲与澳大利亚之间的塔斯曼尼亚海道和南极洲与南美洲之间的德雷克海峡（DrakeStrait）相继打开,形成环南极洋流,从而阻止赤道地区的热量向南极传送,导致南极大陆"热隔绝",使南极大陆东部为冰川所覆盖。最近的研究显示,E/O事件是与大气CO<sub>2</sub>含量快速变化密切相关的瞬时气候变化,其变化速率类似于现今地球由于人类活动引起大气CO<sub>2</sub>的变化,表明大气CO<sub>2</sub>浓度的变化在这一事件中起了极为重要的作用。
Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present
[J].Since 65 million years ago (Ma), Earth's climate has undergone a significant and complex evolution, the finer details of which are now coming to light through investigations of deep-sea sediment cores. This evolution includes gradual trends of warming and cooling driven by tectonic processes on time scales of 10(5) to 10(7) years, rhythmic or periodic cycles driven by orbital processes with 10(4)- to 10(6)-year cyclicity, and rare rapid aberrant shifts and extreme climate transients with durations of 10(3) to 10(5) years. Here, recent progress in defining the evolution of global climate over the Cenozoic Era is reviewed. We focus primarily on the periodic and anomalous components of variability over the early portion of this era, as constrained by the latest generation of deep-sea isotope records. We also consider how this improved perspective has led to the recognition of previously unforeseen mechanisms for altering climate.
Femur findings remain a secret
[J].DOI:10.1038/d41586-018-00972-z URL [本文引用: 1]
Venturing out safely: The biogeography of Homo erectus dispersal out of Africa
[J].
DOI:10.1016/j.jhevol.2016.02.005
PMID:27260171
[本文引用: 1]
The dispersal of Homo erectus out of Africa at some 1.9 million years ago is one of the most important, crucial, and yet controversial events in human evolution. Current opinions about this episode expose the contrast between those who see H. erectus as a highly social, cooperative species seeking out new ecological opportunities to exploit, and those preferring a passive, climate driven explanation for such an event. By using geostatistics techniques and probabilistic models, we characterised the ecological context of H. erectus dispersal, from its East African origin to the colonization of Eurasia, taking into account both the presence of other large mammals and the physical characteristics of the landscape as potential factors. Our model indicated that H. erectus followed almost passively the large herbivore fauna during its dispersal. In Africa, the dispersal was statistically associated with the presence of large freshwater bodies (Rift Valley Lakes). In Eurasia, the presence of H. erectus was associated with the occurrence of geological outcrops likely yielding unconsolidated flint. During the early phase of dispersal, our model indicated that H. erectus actively avoided areas densely populated by large carnivores. This pattern weakened as H. erectus dispersed over Europe, possibly because of the decreasing presence of carnivores there plus the later acquisition of Acheulean technology. During this later phase, H. erectus was associated with limestone and shaley marl, and seems to have been selecting for high-elevation sites. While our results do not directly contradict the idea that H. erectus may have been an active hunter, they clearly point to the fact that predator avoidance may have conditioned its long-distance diffusion as it moved outside Africa. The modelled dispersal route suggests that H. erectus remained preferentially associated with low/middle latitude (i.e., comparatively warm) sites throughout its colonization history.Copyright © 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Earliest Pleistocene Hominid Cranial Remains from Dmanisi, Republic of Georgia: Taxonomy, Geological Setting, and Age
[J].DOI:10.1126/science.288.5468.1019 URL [本文引用: 1]
Migration and Paleogeographic Distribution of the Homininae
[A]. In: Hadjouis D. The Skull of Quadruped and Bipedal Vertebrates[M]. Hoboken: Wiley-ISTE,
Alternating high and low climate variability: The context of natural selection and speciation in Plio-Pleistocene hominin evolution
[J].DOI:10.1016/j.jhevol.2015.06.014 URL [本文引用: 1]
Hominin evolution in settings of strong environmental variability
[J].DOI:10.1016/j.quascirev.2013.04.003 URL [本文引用: 2]
Evolution and climate variability
[J].DOI:10.1126/science.273.5277.922 URL [本文引用: 1]
泥河湾与黄土高原地层对比及其旧石器文化序列
[J].
DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2002.01.0033
[本文引用: 1]
泥河湾盆地和黄土高原堆积着我国第四纪划分和对比的标准地层,同时也是古人类活动的重要场所。两者沉积环境不同,但都较为连续地记录了中国北方第四纪气候环境演化历史和古人类活动的信息。在综合前人研究成果的基础上,对这两个重要地区的地层进行了对比,并列出了两个地区的旧石器文化地层序列。
Extra-long interglacial in Northern Hemisphere during MISs 15-13 arising from limited extent of Arctic ice sheets in glacial MIS 14
[J].DOI:10.1038/srep12103 URL [本文引用: 1]
Out of Africa again and again
[J].DOI:10.1038/416045a URL [本文引用: 1]
Haplotype trees and modern human origins
[A]. In: Stinson S(Ed.). Yearbook of Physical Anthropology[C]. Washington: Washington University,
Late Pleistocene climate drivers of early human migration
[J].DOI:10.1038/nature19365 URL [本文引用: 1]
Sea level and global ice volumes from the Last Glacial Maximum to the Holocene
[J].DOI:10.1073/pnas.1411762111 URL [本文引用: 1]
Climate Stability and the Origin of Agriculture
[A]. In: Hussain S(Ed.). Climate Change and Agriculture[M]. London: IntechOpen,
中国历史时期气候变化影响及其应对的启示
[J].
DOI:1001-8166(2014)01-0023-07
[本文引用: 2]
气候变化的社会影响是当前全球变暖影响研究的一个重要领域。以古鉴今, 历史上应对气候变化的经验和教训可以为现代人类应对以全球变暖为突出标志的气候变化挑战提供宝贵的借鉴。总结中国历史气候变化对社会影响研究领域的成果, 归纳得到了历史时期气候变化对中国社会发展影响的若干认识及其对适应未来气候变化的启示。主要结论是：历史气候变化影响的总体特征是“冷抑暖扬”, 但影响与响应存在区域差异；社会经济的衰落与百年尺度的气候由暖转冷呈现同期性, 与暖期相伴的社会快速发展会增加社会对资源、环境需求的压力, 导致社会脆弱性加大；历史上应对气候变化策略因时、因地、因主体而异；而以政府为主导的主动因地制宜适应是应对气候变化的有效策略。
Synchronous environmental and cultural change in the prehistory of the northeastern United States
[J].DOI:10.1073/pnas.1005764107 URL [本文引用: 2]
Climate change and state evolution
[J].
Climatic change and history in China
[J].
Middle Holocene Indian summer monsoon variability and its impact on cultural changes in the Indian subcontinent
[J].
The use of summed radiocarbon probability distributions in archaeology: a review of methods
[J].DOI:10.1016/j.jas.2011.07.014 URL [本文引用: 1]
Correlation of late Pleistocene glaciation in the western United States with North Atlantic Heinrich events
[J].DOI:10.1130/0091-7613(1995)023<0483:COLPGI>2.3.CO;2 URL [本文引用: 1]
The Origins of Sedentism and Farming Communities in the Levant
[J].DOI:10.1007/BF00975111 URL [本文引用: 1]
Rice domestication and climatic change: phytolith evidence from East China
[J].DOI:10.1111/j.1502-3885.2002.tb01081.x URL [本文引用: 6]
Earliest domestication of common millet (Panicum miliaceum) in East Asia extended to 10,000 years ago
[J].DOI:10.1073/pnas.0900158106 URL [本文引用: 4]
New methods and progress in research on the origins and evolution of prehistoric agriculture in China
[J].
Dating rice remains through phytolith carbon-14 study reveals domestication at the beginning of the Holocene
[J].DOI:10.1073/pnas.1704304114 URL [本文引用: 6]
Prehistoric evolution of the dualistic structure mixed rice and millet farming in China
[J].DOI:10.1177/0959683617708455 URL [本文引用: 4]
Asynchronous marine-terrestrial signals of the last deglacial warming in East Asia associated with low- and high-latitude climate changes
[J].DOI:10.1073/pnas.1300025110 URL [本文引用: 3]
Phytoliths Analysis for the Discrimination of Foxtail Millet (Setaria italica) and Common Millet (Panicum miliaceum)
[J].
Phytoliths as quantitative indicators for the reconstruction of past environmental conditions in China II: palaeoenvironmental reconstruction in the Loess Plateau
[J].
Early millet use in northern China
[J].DOI:10.1073/pnas.1115430109 URL [本文引用: 6]
The two-step monsoon changes of the last deglaciation recorded in tropical Maar Lake Huguangyan, Southern China
[J].
Spatial and temporal pattern of rice domestication during the early Holocene in the lower Yangtze region, China
[J].DOI:10.1177/09596836211019090 URL [本文引用: 3]
A global perspective on Last Glacial Maximum to Holocene climate change
[J].DOI:10.1016/j.quascirev.2010.03.016 URL [本文引用: 1]
Late Quaternary-Holocene Vegetation Modeling
[A]. In: Gornitz V(Eds.). Encyclopedia of Paleoclimatology and Ancient Environments[M]. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Dordrecht: Springer,
Cyclic rapid warming on centennial-scale revealed by a 2650-year stalagmite record of warm season temperature
[J].
Demographic impact of climate change on northwestern China in the late imperial era
[J].DOI:10.1016/j.quaint.2016.06.029 URL [本文引用: 1]
Recent advances on reconstruction of climate and extreme events in China for the past 2000 years
[J].DOI:10.1007/s11442-016-1301-4 URL [本文引用: 1]
Tibetan Plateau Precipitation Modulated by the Periodically Coupled Westerlies and Asian Monsoon
[J].
气候变化是否影响了我国过去两千年间的农业社会稳定?--一个基于气候变化重建数据及经济发展历史数据的实证研究
[J].
500-year climate cycles stacking of recent centennial warming documented in an East Asian pollen record
[J].DOI:10.1038/srep03611 URL [本文引用: 4]
The Social Origins of Environmental Determinism
[J].DOI:10.1111/j.1467-8306.1985.tb00069.x URL [本文引用: 1]
