这是“人定胜天”的破坏自然

 文明史的气候变化原因——全新世的气候驱动因子简介

萧楚 2017-03-30

工业革命之前的数千年，人类活动是以农耕文明为主导的历史，气候变化在文明的兴衰演替中起着不可忽视的作用，在本文中将着重介绍目前主流气候变化研究中所认为的重要影响因子，以及在不同时期影响程度。

强调几点：

1、文章仅代表个人观点，个人能力有限，有不足请多包涵。

2、不接受撕逼（全球变暖阴谋论之类），大众有了解目前主流研究成果的权利，请不要 以你个人观点抹杀大量科研工作的价值。

全新世一又称为人类世，是人类文明形成和快速发展时期，指在末次冰川期后较为温暖的间冰期。这一时期普遍转暖，中、高纬度的冰川大量消融，海平面迅速上升，喜暖动植物逐渐向较高纬度和较高山迁移，全球自然地理环境完全演进到现代面貌。而温暖的气候环境也成为农业产生和发展大背景。目前划分的时间大约为1万年至今，存在5个气候分期（介绍链接全新世）：

1、前北方期（距今10300-9500年前），冰川融化期，气候由寒冷转向温凉；

2、北方期（距今9500-7500年前），气候温暖干燥；

3、大西洋期（距今7500-5000年前），温暖湿润，又称气候适宜期（全新世大暖期），是 各大陆普遍暖湿期；

4、亚北方期（距今5000-2700年前），气候温和干燥；

5、亚大西洋期（距今2700年前至今），凉爽湿润。

全权新世气候整体温暖，在中晚期向较凉干转变。

地球系统是一个十分复杂的耦合系统，包含了大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和智慧圈（人类），就如同人类身体用出汗和颤抖发热调节体温，用免疫白细胞抵御病毒，血小板止血等，地球系统通过各圈层耦合，在能量与物质流通中达到动态的平衡（例如通过寒暖流和大气环流，将热带多余热量传输到南北高纬，热带不过于热，高纬不过于冷，产生符合生物生存的基本环境热量条件）。

要了解气候变化的影响因子，必须从热量的来源、传输、转化几方面来入手。

来源：太阳辐射是地球的主要热源，其活动强度的变化、在天文条件上的轨道变化（轨道偏心率，地轴倾角，岁差），简而言之，就是太阳“热量”和到达地球“热量”的变化。

传输：即太阳辐射到达地球后，在穿过大气层到达地表的过程，这一过程会受到云层反射、散射，大气温室气体含量（温室效应），火山活动（阳伞效应），地表反照率变化（冰面、水面反射）等等因素的影想。地球接受太阳辐射就就如同冬天烤火一样，热量到达我们皮肤（地表）受到我们衣服（大气层）的厚度和颜色状况的影响。这一系列因素中温室气体和火山活动的影响比较显著。

转化：热量到达地表后，向各区域扩散的过程，即地球各环流影响（全球系统和区域系统），包括水圈的热量——盐分洋流系统（热盐环流，其中研究较多的有大西洋经向翻转环流）、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO，https://en.wikipedia.org/wiki/El_Ni）和大气圈的热带幅合带移动（ITCZ，Intertropical Convergence Zone）等。热盐环流就好比地球的血液循环系统，将热量与养分传输到地球的全身，维持地球的热平衡与活力。ENSO则显著影响太平洋表层温度和东西两岸的气候变化，ITCZ主要直接影响中低纬度的气候和季风的变化。由于这些系统的时间和空间变化的复杂性，这一部分的机制研究是目前最难以突破和理论假设最集中的气候变化前沿热点。这些系统的对于气候的影响也可以被认为是之前讨论因素的延伸（地球系统具有整体性，牵一发而动全身，区域系统的变化同样对气候系统整体有重要影响）

目前认为的影响气候变化的主要因素：

轨道因素:到达大气层顶部的太阳辐射，不仅和太阳输出的辐射强度有关，还和地球相对于太阳的位置和轨道有关。在轨道和亚轨道尺度下，地球轨道变化带来的太阳辐射变化在影响气候变化自然因素中占主导地位(Wanner et al.,2011)。米兰科维奇理论计算的冰盖消长周期包括40万年和10万年的地球轨道周期，4万年的地轴倾角变化周期以及2万年的地球进动（岁差）周期。其中10万年周期在我国黄土沉积物中有显著的反映，据此一些学者提出了“全球冰量控制驱动模式”。这一因素的主导理论为米兰科维奇理论（有哪些天文现象影响人类社会的案例？ - 知乎前半部分）。

太阳活动：太阳辐射是气球的主要热源，其活动变化对地球气候具有重要影响，太阳活动对于气候变化的影响在百年尺度上比较显著，表现在黑子活动的基本周期和海尔周期上（有哪些天文现象影响人类社会的案例？ - 知乎）

火山活动：火山喷发释放出大量的火山灰进入平流层，对太阳辐射起有效削弱（阳伞效应：火山喷发出来的火山灰，将上升至大气较稳定层面平流层后，滞留其中很长时间并随大气运动飘移至很远的地方；其所到之处就像“棉被”一样阻挡部分太阳辐射到达地面，科学界称其为“阳伞效应）从而导致地球表面的降温。大规模火山喷发的时期，排放入火山灰可能引起气候向寒冷转变。很多研究表明火山活动与人类社会的重要事件以及气候变化有关，一些科学家认为火山喷发导致的气候变冷是人口聚集瘟疫爆发、王朝更替、人口迁徙的重要原因。Büntgen等人（2016）认为正是在536,540和547 AD三次短时间火山喷发触发了火山冬季和夏季变冷，高纬度地区海冰迅速扩展并进一步保持和延长了冬季长度（即海冰反馈，see-ice feedback）最终导致了3次火山冬季后开始了一百多年的小冰期（1.4 ka冷事件）。

古典时代晚期一次改变人类历史的未知火山事件被确认了来源！-知乎专栏

温室气体：温室气体——[公式]（甲烷）、[公式]、[公式]和水汽的含量升高，形成类似温室的保温作用（反射地面长波辐射），其含量变化与气候冰期-间冰期变换呈现同步性。

在全新世各气候因子所起的作用是怎样的呢？我们举例来说明。

从中可以看出几点：

1、在4.5-0.5 ka大气中主要的温室气体含量很稳定，对气温变化的贡献基本可以忽略（10 ka- 0.2 ka 也是如此）。也就是说在工业革命之前的人类文明史中温室气体对全球气候变化贡献基本可以忽略。

2、4.5-0.5 ka 格陵兰地区的气温变化基本与[公式]与[公式]记录的太阳活动强度变化和65° N夏季太阳辐射强度（轨道因素）同步，也就是说，这一时期太阳活动强度和轨道因素是气候变化的主导因素。大量的研究结果也是支持这两个因素是全新世气候变化的主导因素。

3、在冰芯记录的火山硫酸含量变化中，GISP2高火山硫酸含量代表北半球火山活动活跃期，在灰色火山活动活跃期，气温受火山活动对应情况更好，表明火山活动也是影响气候变化的重要因素。（不影响程度同地区由于火山分布和火山量级不同而不同，在晚古典时期-AD500-前后东亚热带地区气候因子影响火山活动占主导）。

那温室气体对于气候变化是否没有影响呢？事实并不是这样。

在1840年（工业革命）后气温上升速度达到2 ka以来的最快值，这一时期火山活动驱动呈负反馈（降温），而对气温升高驱动温室气体的贡献是太阳活动的3倍以上，可以说工业革命以来，温室气体正成为气候变化的最主导因素。

总的来说，在全新世的前工业化时期，气候变化主导因子是太阳活动强度变化和轨道因素，火山活动也起着重要作用。在工业革命后温室气体的驱动作用超过太阳活动贡献成为第一位因素。

参考文献

Berge, A. Loutre, M.F. 1991. Insolation values for the climate of the last10 million years[J].

Quaternary Science Reviews, 10: 297–317.

Castellano, E., Becagli, S., Jouzel, J., Migliori, A., Severi, M., Steffensen, J. P., et al. 2004. Vo lcanic eruption frequency over the last 45 ky as recorded in epica-dome c ice core (east antarctica) and its relationship with climatic changes[J]. Global & Planetary Change, 42(1–4): 195-205.

Heinz Wanner, Olga Solomina, Martin Grosjean, Stefan P. Ritz, Markéta Jetel. 2011. Structure and origin of Holocene cold events[J]. Quaternary Science Reviews,30: 3109-3123.

Heinz Wanner, Jürg Beer b, Jonathan Bü tikofer. 2008. Mid- to Late Holocene climate change: an overview[J]. Quaternary Science Reviews, 27: 1791-1828.

Vonmoos M., Beer J., Muscheler R. 2006. Large variations in Holocene solar activity: constraints from [公式] in the Greenland ice core project ice core[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 111(A10): A10105(1-14).

Zielinski, G.A., 1999. Use of paleo-records in determining variability within the volcanism-climate system[J]. Quaternary Science Review, 19: 417-438.

谢选骏指出：这是“人定胜天”的破坏自然。