开篇：我们为什么要研究一万年的气候变化？/ Opening: Why Do We Study Climate Change Over the Past 10,000 Years?

你有没有注意过，昨天还穿着短袖在楼下 chasing 蝴蝶，今天突然降温，妈妈逼你套上厚外套，甚至拿出了羽绒服？这种短时间里气温、降水、风的变化，我们叫它「天气（weather）」；而如果一个地方在几十年甚至上千年里，平均温度、平均降水量都保持相对稳定，这种长时间的平均状态，就叫「气候（climate）」。很多人会把这两个概念混在一起，觉得「今天冷就是气候变化了」，但其实它们完全是两回事——就像你不能因为一顿饭吃了三个馒头，就说你一辈子都吃三个馒头一样，天气是「某一顿饭」，气候是「一辈子的平均饭量」。

为什么我们要专门研究「过去一万年」的气候，而不是过去一百年或者过去十万年？要回答这个问题，我们得先把时间倒回大约11700年前。那时候，地球刚刚结束了一次持续上千年的超级寒冬，叫做「新仙女木事件（Younger Dryas）」——之所以叫这个名字，是因为当时北极地区的一种名叫Dryas的白色小花大量繁殖，科学家在冰川沉积物里发现了这种花的花粉，所以用它的名字命名了这次事件。新仙女木事件结束之后，地球进入了一个相对温暖的时期，地质学家把它叫做「全新世（Holocene）」，也就是我们现在所处的时期。

<!-- 纸书：此处插入图1-1 全新世之前与之后的人类生活对比图，左图是冰期人类穿着兽皮在冰原上打猎，右图是全新世人类在田里种庄稼 --> <!-- 电子版：侧边栏 [小实验] 你可以试着在冬天站在风口和背风的地方各测一次温度，你会发现两处温度可能差2-3℃，这就是天气的小尺度变化；但如果连续10年记录你所在城市的冬天平均温度，你会发现波动一般不超过1℃，这就是气候的稳定性 --> <!-- Markdown：标签：section: intro-holocene level: 2 -->

在这之前的一百多万年里，地球大部分时间都是冰期和间冰期交替：冰期的时候，全球平均温度比现在低5-10℃，北半球大部分地方都被几公里厚的冰盖覆盖，猛犸象、剑齿虎在冰原上奔跑，全球人类总数只有不到100万，靠打猎采集为生，住在山洞里，没有农业，没有城市，更没有文字和工业革命。而全新世这近一万年，是地球近一百万年里最温暖、最稳定的时期，全球平均温度波动只有2-3℃，刚好适合农业发展。人类在这段时间里，从几十万人的狩猎采集部落，发展出了十几亿人口的农业文明、工业文明，创造了我们现在看到的所有文明成果——所以这一万年，是人类文明的「黄金一万年」。

<!-- 纸书：此处插入图1-2 过去80万年气温变化曲线图，标注全新世的位置，显示全新世是温度最稳定的时期 --> <!-- 电子版：超链接 [点击观看南极冰芯钻探纪录片片段，时长3分钟]，链接到B站的《南极冰芯：地球的气候记忆》 --> <!-- Markdown：标签：section: holocene-golden-age level: 2 -->

1.1 天气和气候：不是一回事 / Weather and Climate: Not the Same Thing

要研究气候变化，首先得把「天气」和「气候」这两个概念彻底分开。我们每天看的天气预报，比如「明天有雷阵雨，最高温度32℃」，说的都是未来几天甚至几小时的天气变化；而气候学家说的「气候变化」，指的是几十年甚至上千年里，气候平均状态的变化。

我们可以用两个简单的标准来区分它们： 1. 时间尺度不同：天气的时间尺度一般是几分钟到几天，气候的时间尺度一般是30年以上。你不可能用今天的下雨来判断气候变湿，也不可能用今年

你不可能用今天的下雨来判断气候变湿，也不可能用今年冬天的寒潮来判断全球变暖是假的——就像你不能因为今天摔了一跤，就说你这辈子都走不好路一样。除了时间尺度的差异，天气和气候的变化原因也完全不同：天气的变化主要来自大气内部的短时间物理过程，比如冷暖空气交汇形成降雨、局部水汽蒸发形成乌云，这些过程一般只会持续几小时到几天；而气候变化是地球整个系统的长期调整，驱动因素包括太阳辐射的周期性变化、大规模火山喷发、冰盖的消长、海洋环流的改变，以及最近一百年人类活动排放的温室气体，这些因素需要作用几十年甚至上千年，才能改变气候的平均状态。

<!-- 纸书：此处插入图1-3 天气与气候对比示意图，左图是夏季短时雷阵雨，标注“天气：持续时间<1天”，右图是某城市2014-2023年夏季平均气温变化曲线，标注“气候：时间尺度>30年” --> <!-- 电子版：侧边栏 [小实验] 拿两个一样的玻璃杯，装一样多的冷水，一个放在太阳下晒1小时，一个放在阴凉处，1小时后你摸两个杯子的水温，会发现晒过的杯子水温高几度——这就是大气的“温室效应”原理，也是现在全球变暖的核心原因；如果连续10天都做这个实验，每天测水温，你会发现水温的波动就是“天气”，而10天平均水温的变化趋势就是“气候” --> <!-- Markdown：标签：section: weather-climate-reason level: 2 -->

很多人对气候变化有个常见误区：觉得“全球变暖就是冬天越来越暖，再也不用穿羽绒服了”。其实完全不是这样：全球变暖指的是全球平均温度的升高，平均温度升高反而会让极端天气事件变多——就像你给一锅水慢慢加热，水温整体变高了，但锅里还是会冒出来很多冷气泡，偶尔还会有水溅出来。过去10年，我们经历过的夏天高温、冬天寒潮、南方暴雨、北方干旱，都是全球变暖带来的极端天气信号，它们恰恰是气候不稳定的表现。

为了帮你更清楚地理解两者的区别，我们可以看下面这个对比表： | 对比维度 | 天气（Weather） | 气候（Climate） | |----------|----------------|----------------| | 时间尺度 | 几分钟到几天 | 30年以上 | | 变化原因 | 大气内部湍流、冷暖空气交汇、局部水汽蒸发 | 太阳辐射变化、火山活动、冰盖消长、人类活动等长期因素 | | 研究意义 | 短期预报，指导日常出行、农业生产 | 长期规划，应对气候变化、保护生态系统 | | 典型例子 | 明天有雷阵雨，最高温度32℃ | 北京年平均降水量约600毫米，夏季占全年的70% |

如果你还是觉得抽象，可以做个简单的计算：假设你记录了所在城市连续30年的夏天最高温度，把30年的最高温度加起来除以30，得到的是“气候平均最高温度”；如果某一年的最高温度比这个平均值高2℃以上，就可以认为是“异常高温”，属于气候变化的信号。而某一天突然出现38℃的高温，只能说明那天的天气热，不能直接说明气候变暖。

1.2 全新世：人类文明的“黄金温室” / The Holocene: The Golden Greenhouse for Human Civilization

讲完了天气和气候的区别，我们终于可以回到本章的核心问题：为什么我们要专门研究“过去一万年”的气候？答案就藏在11700年前的那次“新仙女木事件（Younger Dryas）”里。

新仙女木事件是地球从上一个冰期（末次冰期）进入温暖期的最后一次剧烈“感冒”：在事件发生前的几百年里，地球已经慢慢变暖，北半球的冰盖开始融化，全球温度比冰期最冷的时候高了5℃左右；但突然之间，北大西洋的暖流被大量融冰阻断，地球又快速回到了接近冰期的寒冷状态，北半球中高纬度的温度在几十年里下降了7-8℃，北欧和加拿大南部被几公里厚的冰盖重新覆盖，北极的Dryas（一种白色的小蔷薇花）因为耐寒，大量繁殖在冰原上，科学家在冰川沉积物里发现了这种花的大量花粉，所以用它的名字命名了这次事件。

<!-- 纸书：此处插入图1-4 新仙女木事件期间欧洲冰盖分布图，标注当时伦敦、柏林都在冰盖下面 --> <!-- 电子版：超链接 [点击观看新仙女木事件3D动画演示]，链接到美国国家冰雪数据中心（NSIDC）的官方科普页面 --> <!-- Markdown：标签：section: younger-dryas level: 2 -->

新仙女木事件持续了大概1200年，直到11700年前才彻底结束，地球快速进入了一个温暖、稳定的时期，地质学家把它叫做全新世（Holocene），也就是我们现在所处的时期。如果你把地球46亿年的历史压缩成一天，全新世只占了最后不到1秒钟，但就是这1秒钟，彻底改变了人类的命运。

在全新世之前的100多万年里，地球一直处于“冰期-间冰期”的交替循环中：冰期的时候，全球平均温度比现在低5-10℃，北半球大部分地区被厚度超过3公里的冰盖覆盖，猛犸象、披毛犀、剑齿虎在冰原上奔跑，全球人类总数不到100万，靠打猎、采集野果为生，住在山洞里，平均寿命只有20多岁，没有农业，没有城市，更没有文字和工业。而全新世这近一万年，是地球过去100万年中最温暖、最稳定的时期：通过南极冰芯的同位素数据测算，全新世的全球平均温度波动只有±1℃，比之前冰期的波动小了5倍以上。

这种稳定恰恰是农业起源的核心前提：种庄稼需要可预测的气候，春天温度稳定在10℃以上才能播种，秋天温度稳定在15℃以下才能收获，如果一年里温度忽高忽低，降水和冷热完全不规律，种子种下去要么发不了芽，要么刚成熟就被冻死，根本不可能发展出农业。而全新世的稳定气候，刚好给了人类试错的机会：大概11000年前，中国江西仙人洞的先民开始尝试种植水稻，中东新月沃地（现在的伊拉克、叙利亚一带）的先民开始种植小麦和大麦，中美洲的先民开始种植玉米，这些早期的农作物经过几千年的选育，才变成了现在我们吃的水稻、小麦、玉米。

<!-- 纸书：此处插入图1-5 全新世之前与之后的全球人口增长曲线图，全新世之前人口增长几乎为0，全新世之后人口指数级增长 --> <!-- 电子版：侧边栏 [小知识] 全新世开始时，现在的北京、天津、上海都在海里！那时候的海平面比现在高60-80米，渤海湾比现在大3倍，直到8000年前，冰盖完全融化，海平面才降到现在的位置，华北平原才慢慢露出来，变成适合人类居住的地方 --> <!-- Markdown：标签：section: holocene-agriculture level: 2 -->

农业起源之后，人类的人口开始快速增长：10000年前全球人口只有约500万，到5000年前良渚文明兴起的时候，全球人口已经达到了5000万，到2000年前的汉朝时期，全球人口达到了2亿，到18世纪工业革命之前，全球人口达到了10亿，而今天全球人口已经超过了80亿。可以说，没有全新世的稳定气候，就没有农业，没有农业就没有文明，更不会有现在的我们——这也是为什么我们把这一万年叫做人类文明的“黄金一万年”。

为了让小朋友更直观地理解全新世里发生的大事，我们可以看下面的这个时间线： ```mermaid timeline title 全新世关键时间线（距今） section 11700年前 新仙女木事件结束 : 全新世正式开始 全球温度快速回升3-5℃ : 冰盖融化，海平面上升60米 section 11000年前 中国江西仙人洞 : 先民开始种植水稻，是全球最早的农业起源地之一 中东新月沃地 : 开始种植小麦、大麦，驯化羊、牛 section 10000年前 全球人口约500万 : 狩猎采集仍是主要生存方式 陶器开始出现 : 用于储存粮食和水 section 6000年前 全新世大暖期顶峰 : 全球平均温度比现在高1-2℃ 良渚文明兴起（中国） : 修建大型水利工程，种植水稻，人口达10万 苏美尔文明兴起（两河流域） : 发明楔形文字，建立人类最早的城市 埃及古王国兴起 : 修建吉萨金字塔 section 4300年前 4.2ka大干旱事件 : 全球多地发生持续200年的大干旱 良渚文明衰落 : 长江中下游干旱，水稻歉收，古城废弃 古埃及古王国衰落 : 尼罗河干旱，粮食减产，金字塔修建停止 两河流域文明衰落 : 干旱导致河流干涸，城邦被废弃 section 2000年前 汉唐暖期开始 : 中国平均温度比现在高0.5-1℃ 长安城可种植柑橘、竹子 : 唐朝鼎盛时期人口达8000万 section 1000年前 中世纪暖期 : 欧洲平均温度比现在高0.5-1℃ 英国可种植葡萄 : 欧洲人口快速增长，城堡、教堂大量修建 section 400年前 小冰期开始 : 全球平均温度比现在低1-2℃ 明朝灭亡 : 北方连年干旱，农民起义爆发 欧洲黑死病爆发 : 粮食减产，人口减少1/3 section 250年前 工业革命开始（英国） : 人类开始大量燃烧煤炭，排放二氧化碳 全球温度缓慢回升 : 进入现代暖期 section 现在 全球温度比工业革命前高1.1℃ : 极端天气事件增多30% 全球人口80亿 : 农业、工业文明高度发达，但也面临气候变化的挑战 ```

1.3 气候是文明的“隐形方向盘” / Climate: The Invisible Steering Wheel of Civilization

你可能会问：气候真的能影响文明的兴衰吗？答案是肯定的。过去一万年的历史里，几乎所有大型文明的兴衰，都和气候变化有直接或间接的关系。这里的“影响”不是指气候直接“杀死”了一个文明，而是气候变化会改变农业产量、资源分布，进而加剧社会矛盾，最终推动文明的转型或者衰落。

我们可以通过下面的流程图，理解气候影响文明的基本逻辑： ```plantuml @startuml start :气候处于温暖湿润期; :农业生产稳定，粮食产量高; :人口快速增长，城市兴起; :科技文化进步，文明进入鼎盛期; :气候转向寒冷/干旱期; :农业生产下降，粮食歉收; :资源短缺，社会矛盾加剧; :战争、迁徙、疾病频发; :人口减少，城市废弃; :文明衰落或向其他区域迁徙; stop @enduml ```

下面我们来看三个你熟悉的例子，理解这个逻辑是怎么运作的：

案例1：良渚文明的兴衰（中国，距今5300-4300年）

良渚文化位于现在的浙江杭州余杭区，是中华文明5000年的重要证明。5300年前，正好处于全新世大暖期的顶峰，长江中下游的温度比现在高2-3℃，年降水量比现在多200-300毫米，非常适合水稻种植。良渚人不仅种出了足够的口粮，还修建了总面积超过100平方公里的古城，以及世界上最早的大型水利系统——这些水利工程可以防洪、灌溉，支撑了良渚城10万人口的生活。

但到了4300年前，全球气候突然变冷变干，长江中下游的年降水量减少了30%以上，连续多年的干旱导致水稻大面积歉收，良渚城的粮食不够吃，社会矛盾爆发，最终整个文明被废弃，良渚人要么迁徙到其他地方，要么融入其他部落。现在我们在良渚遗址里看到的古城墙、水利系统，就是

就是我们在良渚遗址里看到的古城墙、水利系统，就是那个辉煌时代的见证。2019年良渚古城遗址被列入世界文化遗产的时候，考古学家在城墙的地层里发现了一层厚达30厘米的干旱沉积物：这层沉积物里几乎没有水生植物的花粉，只有耐旱的草本植物花粉，说明当时长江的水位至少下降了2米，良渚人修建的水利系统完全失去了作用，水稻田大面积干裂，粮食减产超过70%。考古学家在遗址里还发现了大量被焚烧的房屋遗迹，以及散落在街道上的儿童骨骸，说明当时的社会秩序已经彻底崩溃，良渚人只能放弃经营了上千年的古城，迁徙到周边的山区，或者融入其他部落。良渚文明的衰落，不是因为他们不够聪明，恰恰是因为他们太依赖稳定的气候——当气候突然变干，他们几千年的农业积累在短短几十年里就崩塌了，这也是气候变化影响文明最直观的案例之一^[1]。

<!-- 纸书：此处插入图1-5 良渚古城遗址航拍图，标注城墙、水利系统的位置，旁边附考古发现的干旱沉积物照片 --> <!-- 电子版：侧边栏 [小知识] 良渚水利系统是全世界已知最早的大型水利工程，比埃及的金字塔还要早500年，它的修建需要几万人协作好几年，说明当时的良渚已经有非常成熟的社会组织能力，而支撑这种能力的核心，就是稳定的气候带来的充足粮食 --> <!-- Markdown：标签：section: liangzhu-case level: 3 -->

如果说良渚的例子是中国本土的，那另一个大家更熟悉的玛雅文明，则是气候变化影响文明的典型案例。现在的墨西哥尤卡坦半岛，丛林深处藏着数百座被废弃的玛雅金字塔，这些金字塔的主人曾经建立了中美洲最发达的文明：他们发明了精确的玛雅历法，能准确预测日食和月食，建造了高达几十米的金字塔和天文台，用玉米、豆类、南瓜组成了“玛雅三姐妹”农业体系，鼎盛时期整个尤卡坦半岛的人口超过了2000万，比现在的墨西哥人口还多。

玛雅文明的鼎盛期（公元250年-900年，考古学上叫做“古典玛雅期”），正好处于全新世里的一个相对温暖湿润的时期：通过分析尤卡坦半岛的湖底沉积物里的花粉和碳酸盐含量，科学家发现那时候的年降水量比现在多15%，温度比现在高1℃左右，玉米的产量比现在高30%，足够支撑2000万人口的生活。玛雅人甚至修建了复杂的水利系统，在干旱的季节也能灌溉玉米田。但到了公元900年左右，全球气候突然转向干旱，尤卡坦半岛的年降水量减少了40%，连续20年的特大干旱导致玉米大面积歉收，玛雅各个城邦之间为了争夺仅存的水源和粮食，爆发了持续上百年的战争，金字塔被当作堡垒使用，天文台被废弃，最终所有的玛雅城邦都被丛林吞没，直到19世纪才被欧洲探险家重新发现。现在我们在玛雅金字塔的墙壁上还能看到很多关于干旱和战争的壁画，正是那个混乱时期的真实记录。

<!-- 纸书：此处插入图1-6 玛雅金字塔复原图，旁边附湖底沉积物采样照片 --> <!-- 电子版：超链接 [点击观看玛雅文明衰落原因科普视频]，链接到NASA官网的科普页面，时长4分钟 --> <!-- Markdown：标签：section: maya-case level: 3 -->

除了中国的良渚和中美洲的玛雅，欧洲的文明史也和气候变化紧紧绑在一起。大约1000年前到1300年，欧洲进入了一个相对温暖的时期，叫做“中世纪暖期（Medieval Warm Period）”，那时候欧洲的平均温度比20世纪高0.5-1℃，英国南部的农民甚至能种酿酒葡萄，酿出的葡萄酒和法国波尔多的一样好。温暖的气候让欧洲的粮食产量提高了20%，人口从5000万涨到了8000万，巴黎、伦敦这些城市开始兴起，哥特式教堂大量修建，巴黎圣母院就是那时候开始建造的。

但到了1300年左右，气候突然变冷，进入“小冰期（Little I