迎接3月23日世界气象日

气候的过去、现在和将来
张家诚

　　过去的气候
气候是一段长时期的大气状况。由于时间跨度大，所以气候反映的大气状况不同于天气。天气主要指的是一次天气过程，如一次降水天气或一次冷空气活动等。气候则是许多次天气过程的综合表现，一般用降水量或温度等气象要素的统计值表现出来。
气候变化就是这些统计值的变化。在地球大气的历史里，曾出现过几次很大的气候变化。根据地质资料和生物化石的差别，可以判断，温暖时代约占大气历史的90%。温暖时代的气候是十分温暖的。在那时地球上不存在冰雪，甚至在冬季也看不到冰雪。但是，在这样的时代里夏季也不太热。这种情况，使人们想起《圣经》里所描写的"伊甸园"。是适宜生物生长的时代。身躯庞大的恐龙就是生长在这样的时代里。
但是在漫长的温暖时代里却插进了几次大冰河期。在大冰河期的极盛时代，过去的温带这时已变成了银装素裹的冰雪世界。冰河时代虽然比温暖时代短暂得多，但过去曾出现的大冰期也有几千万年的时间长度。
大约在过去200～300万年前，地球上出现了一次新的大冰期，叫第四纪大冰期。大冰期的到来对生物界是一次空前的大劫难。很多不能适应寒冷冬季的物种灭绝了，少数能存活下来的物种则增强了抗寒性能与雪性，演变成新的物种。
真可谓一朝天子一朝臣。冰河时代与温暖期的生物品种很不相同，那么遗留下的生物化石也是很不相同的。人们正是根据化石的差异和冰雪与洪水等物理过程留下的遗迹，才得以知道这两种冷热绝然不同的时代是交替轮流出现的。这就构成了万年以上气候变化的主要图景。
应当指出，在冰河期与温暖期的气候也不是一成不变的。它们各自也包括多次显著的气候变化，只是变化的幅度比冰河期与温暖期的差别要小一些。如在一次大冰期中就有多次回暖，这种回暖期被叫做间冰期。间冰期之间则是冰盛的亚冰期或副冰期。
学术界一般习惯于指出，大约在一万多年前最后一次冰河期消失。近一万多年就是人类文化发展的时代，属于冰后期。在这里存在着两个问题。
一个问题是，在冰后期之前消失的这次冰河期，究竟能否算是"最后一个"？看起来，还不能这样说，很多学者都认为第四纪大冰期并未结束，结束的只是大冰期中的一个盛冰期，以后还有新的盛冰期的到来。这个看法是有道理的。因为：
第一过去几次大冰期的长度达到几千万年，而第四纪大冰期至今不过两、三百万年，说它已经结束，理由未免不足。
其二现在并不温暖，同冬天全球无冰雪的温暖期说来，现在还是寒冷的。
第三就大冰期的形成原因来说，现在还仍然存在。
关于大冰期形成的原因有许多学说。其中最有物理意义的是海陆的分布。
在20世纪初魏根纳提出大陆漂移学说，他认为大陆是在移动的。这一学说后来又为其它许多学说所证实，已经成为地学界的理论基础。到了现代利用卫星定位技术，已经能准确测定各块陆地和岛屿每年移动的方向与速度，大约移速每年可达1～4厘米。这个速度对我们有生之年的确微不足道。但是对几千万年说来，距离就大得足以惊人。每年1厘米，1亿年就是1000公里。浩瀚的大西洋就是两亿年前因美洲与欧亚非洲走向不同，因而分开和出现的。
因此，人们认为，当大陆挡住了洋流南北交流之时，北方就得不到足够的热量，便会冷却结冰，是形成大冰期的原因。根据这个理论我们看看现在的地球。
现在的南极是一块大陆，温暖的洋流自然无法达到。所以这里成为全球最大的冰雪世界。在北极，虽然是一片大海，但大部分已被大陆包围。只有大西洋的洋流可以进去，但数量有限。所以这里也成为冰雪世界。这也许就是第四纪大冰期形成的地理条件。
这样的海陆分布在短期内是不会消失的。这就是第四纪大冰期没有结束的理论解释。有些科学家主张气候变冷的根据就是大冰期尚未结束，另一个盛冰期即将到来。但是要谈论冰期，都是上万年的事，误差也会上万年，他们的预言是否属实，要等几万年之后才能证实。
冰后期的10000多年里虽然气候变化的幅度减少了，但仍然存在着显著地变化。在这一时期里由于人类已经进入文化时代，所以可以通过考古发现的文物推断出当时的气候特点。特别是在有了文字之后，又多了文字的记载，人们对当时气候的认识更清楚了。
大约在3000年到7000年之前的一段时期，地球是很温暖潮湿的。西安半坡村遗址是6000之前的遗物，安阳殷墟是3000多年前殷商的首都，以后又出现了夏朝首都王城岗遗址等等，都证明了那时的暖湿气候。在这些遗址里发现竹鼠、水牛等亚热带动物的骨骼，特别是在殷墟发现许多野象的遗骨，一片甲骨文中还记载打猎时捕获的一头野象，说明当时河南北部有不少野象生存。王城岗与殷墟有不少用大蚌做的用具，而这样的大蚌现在只能在长江流域生存。这些发现证明了那时黄河流域的气候同现在的长江流域相近。
历史记载，夏禹治水之前洪水泛滥成灾，说明那时雨水很多。应当提到的是，在夏禹的时代黄河下游地势低洼的平原地区，即使常年不下雨也是洪水四溢的。夏禹治水是为了在低洼地区开辟农田，这同后来防洪抗旱是不同的。
在历史上也出现过比现代更冷、更旱的时期。例如南北朝时代就比现在寒冷很多，竺可桢比较了《齐民要术》的记载与现代生物开花、结实的具体时间，发现那时比现在要迟约1个月。那时黄河中下游的气候同现在的北京差不多。近500年也是一个寒冷时期，这是世界性的，国际学术界称之为"小冰期"。
到了近500年之内，各地的地方志就更为普及与详细了。全国有10000多种地方志，从那里可以查到各地每年的气候与年景，以此作为基础，在中央气象局研究所的主持下，在20世纪70年代绘制了500年旱涝等级图集，这是世界上年代最长的气候图集，在当前国内外得到普遍的应用。
根据500年资料，500年里最严重的旱灾是崇祯末年的连年大旱。在5级旱涝等级中，5级是10年一遇的大旱，但5级不是平均分布在各个时期的，而是集中在干旱的时段里。在1637年到1641年的5年里，华北地区有5年的平均等级值都超过4级或接近5级。李自成的起义就是发生在连年大旱，人们无以为生的情况下。
1823年（道光三年）的大涝，给清王朝极大的打击。这年的大涝在京城所在的直隶（今京津冀）与全国粮仓的长江三角洲尤其严重。两地不但"平地行舟"，而且经过大臣们的多次考察，直到年末，洪水仍淹没大片土地。这在20世纪未曾出现过。
进入20世纪，不但全国已经建立了一些观测网点，报刊上也常常刊登关于灾情的调查报告。从这时开始，气候的描写才可能更为准确与定量化。
在过去100年里，气候主要可归纳为两个特点。一个是两次明显升温，另一个是降水呈现波动性变化。
第一次升温大约从19世纪的末期开始，全球，也包括中国的气温明显上升，30年代到40年代是气温的最高期。正是在这个时期，世界大战与其它战争频频发生，人们的注意力集中在战争上，这次升温并没有引起人们的过多关注。
第二次升温到20世纪的80年代就很明显了。90年代更达到了温度的最高期。在我国升温最多的是我国北方，全世界也是在高纬度地区升温比低纬度地区升温明显。在其它各地升温较少，有些地区（如我国长江流域一带），甚至还有降温。
由于高纬度地区升温多，这就使得南北温度差异减小了。这与大气运动与温度分布不均匀有密切关系。温度差别越大，引起的气流也越强。现在南北温差减小了，自然也就引起气流减弱，从大洋输入大陆的水汽也就减少了。加上升温又引起蒸发加强，所以有的科学家预测在人口稠密的中纬度地区有干旱化的可能。
由于气温升高，气候带向高纬度方向移动，有些不能适应新的气候的物种因此灭绝。气温升高，也影响到海水升温膨胀，大陆的冰雪融化，也使海平面上升。海岸带是全球经济最发达的地带，海水上升和入侵使这一地带受到淹没和风暴潮等海洋灾害的影响加强了。
因此，全球升温被看作是引发许多灾害的祸根，得到科学界高度重视，各种国际科研协作纷纷展开。不少元首和政要也纷纷发表声明，许多国际会议和政府间的协作也接连出台，表现了人们对气候与气候变化从未有过的关心。
近百年降水呈现波动性变化，但旱涝灾害却显著加剧了。在20世纪里，我国出现过3次长江流域特大水灾，这就是1931年、1954年和1998年。这三次大水并不是"南涝北旱"，而是全国性多雨，1998年在松花江还出现特大洪水。但是，给人们印象最深的还是干旱。从1965年开始，华北就进入了干旱期。虽然其中有几年雨水较多，但却未能改变干旱趋势。
现代气候变化与趋势
从第二次世界大战后的20世纪下半叶开始，一个新的灾害高发期出现。以全球增温为代表的气候变化使人类首次认识到，在现代的气候灾害中有人类的影响，而影响越来越大。这样，就使得气候从一个自然问题转变成人类与自然之间的相互影响的问题。在这个转变中出现了两个全新的概念。
第一个概念是气候资源。这个概念把气候同经济活动结合起来，使气候获得了重大价值。气候灾害实质上就是气候资源的反面，气候灾害从反面证实了气候资源的重大意义。
气候变化因此就成了气候资源的变化，它不只影响生产的环境，而是影响生产所需的原料与能源，降水是最先成为资源的一种气候要素。太阳能与风能在现代已经变成重要的能源。无污染的空气与淡水现在也变成了重要资源。气候变化影响到这些资源的变化，因而出现了新的内容。
第二个变化是气候系统概念的提出。所谓气候系统，按世界气象组织的定义，是一个包括大气、海洋、大陆、冰雪与生物圈在内的庞大系统。气候变化引起系统内成员的变化，也即引起全球变化。其他成员的变化也会引起气候变化。人们砍伐植被早就成为影响气候变化的重要环节。人类熟知的厄尔尼诺就是赤道太平洋海温的变化影响气候变化的例子。
然而，系统内却没有提到人类。应当说，人类已经是气候变化的重要原因。特别是，人类的影响是一个新的因子，由于这个新的因子的出现，就打破了原有各个因子之间的平衡关系，所以其后果尤为严重。
国际科学界研究的结果，认为大气中温室效应的增强是全球增温的导因。温室效应是大气原有的物理性质，正是它的存在，使得气温能够平衡在原有的水平上。但人类在生产过程中排放的二氧化碳等温室气体，增强了温室效应的影响，因而破坏了原有的平衡，引发了全球增温的趋势，这个趋势不是自然趋势，不会通过自然界内部的自我调节的机制而消失，因而更值得注意。
这两个新的概念性变化，使得气候变化具有很大的经济意义与全球意义，也使人们对气候的认识从一种自然现象转变到人类与自然界庞大系统的总体认识。如果说，过去主要是人类如何适应气候的问题，现在就成了人类如何调节自己的行为方式，合理地处理同地球各大圈层之间的关系，使得各种间接与直接的影响相互抵消，达到保护原有的平衡状态的目的。
但是人类是要发展的，发展是永不终止的过程。那么，在发展中如果是产生和加强的影响互相抵消，就成为发展的一个基本原理，而要达到这一点，就不能不对未来生产与生活方式做出全面的设计与管理。
作为一种纯自然现象，我们没有必要把气候联系到人类的发展方式，而现在却已经到了非联系起来不可的时候了。我们的一切科学技术也必须与之适应。
在气候资源中，变率最大而影响最为显著的是降水的变化。在西亚甚至还出现水比油更贵的情况。我国古代在华北就已有"春雨贵如油"的谚语，说明我国是感悟降水的资源性质最早的国家之一。
在大陆上的一切水资源都来自降水。水资源实质上就是气候资源的衍生物。但是，反思过去，我们就会发现，正是人类自己作了许多恶化水资源的事。这也许就是现代水荒形成的重要原因。
事件之一是砍伐森林。在工业时代之前，树木是人类的惟一能源，又是最主要的建筑材料。更有甚者，生态繁荣的土地正是人类生活与生产最适宜的土地。于是，又产生了植被与人类之间最严酷的土地之争。其结果，人类胜利了，植被与在其中的生物则遭灭绝之灾。
然而，森林植被又是土壤的最有力保护者。失去了植被的保护，土壤就会沙化，或发生严重的水土流失。这就是环境退化的重要原因。
土壤能含蓄大量雨水，据研究，1米深的土层至少可涵蓄100毫米的降水量。失去了这个巨大的土壤水库，就是加剧干旱气候的影响的重要原因之一。这样，破坏植被形成了一个灾害链，灾害链的终端正是人类自己。
另外，随着工业化，世界出现声势浩大的城市化过程。在市区，1平方公里的面积上聚居着几万人口。即使降水量多达1000毫米以上，人均也不过几十立方米。何况这些雨水经过污染与流失，几乎难以再应用。
因此，维持一个城市的存在，必须大量从外地调水，而从外地调水最方便的就是河水，即水文学中所称的径流。径流只是雨水中的一小部分。在华北这样降水不多的地区，径流只占降水量中的约20%，而在干旱年份，甚至出现河流断流的情况。换言之，人们放弃了对全部降水量的应用，而集中使用风险极大的这20%的水量，这哪能不出现水荒。
上面只是重点谈到水的问题，其他问题何尝不是这样？例如说，全球增温使温度也出现了很大异常。在过去，我们很少知道热害，而现在热害却变成了经常的现象。与北京同纬度的西班牙出现过50℃的高温。北京北面的避暑胜地，清代皇室的"避暑山庄"所在的承德，也出现43℃以上的高温，伦敦、哈尔滨等地也接连出现罕见的高温。在这样的情况下，北京出现45℃以上的高温就成为完全可能的威胁。
人们战胜低温是有办法的。但面对高温惟一可依靠的是空调。所以每到高温期就是耗电的高峰期。但是耗费大量能量所得的并不是真正的凉爽，而是"以邻为壑"，即把室内的热量转移到室外，使路上行人更感炎热。
由此可见，气候问题自从20世纪70年代开始已经同人类社会经济的发展与自然界的保护问题融合成一个问题。如果说，以前人类对于气候的主要态度是如何适应它，那么现在就应当转变成如何规划和管理好各种生产与生活行为，争取在发展中保护好自然界，使之维持适宜的气候。这就是所谓可持续发展。
对此，国际科技组织作了大量工作，从1972年联合国环境大会开始，接连召开了粮食、水等为题的一系列大会。各次大会几乎得到一个共同的结论。气候是最不稳定、最敏感、影响面最广和最直接的环境因子。从此，气候成为一个热门话题，为人们密切关注。
20世纪的最后十年被定为"联合国减灾十年"，这是人类对减灾所作的第一次努力，然而在这个十年之末与随后几年，气候灾害并不少见，却更为严重。由此可见，气候不是一个容易解决的问题，为此，人们要有清醒的认识与长期的努力。
孔子在《中庸》一书中指出："万物并育而不相害，道并行而不相悖，小德川流，大德敦化，此天地之所以为大也。"生态系统就是一个很好的例子，它在一定的环境之下，各个物种虽然规律不同，但却相互依赖，相互支持，形成物质与能量的良性循环，既达到了各个物种的繁荣发展，又优化了环境与资源。
但是人类发展所走的并不是这一条路。各生产部门在追求经济利益的前提下各自发展，争夺有限的资源，不顾自然界的承受能力，因而各业之间并不是"不相害"的，个人所行之道并不是"不相悖"的。正是这种无序的竞争，使资源浪费，危机迭出。重温孔子的哲理，再看看生态系统之中的良性循环，使人类不能不有所醒悟。
生态循环所产生的物质资源满足不了人类发展的需要，这正是人类发展越出生态循环的轨道，产生资源与环境危机的原因。但人类完全可以按生态循环的原理，把现代生产与生活建成良性循环的系统。这就要求人们按孔子所提出的使各种生产与生活过程（小德、小规律性），服从相互协调（大德、大规律性）的需要。如果这样，气候资源也会多得使人用之不尽，各种废弃物也将转变成再生资源。永远循环利用，不会造成污染与环境退化的恶果。
这种情况，在不少先进地方，可以说已经实现了，也预示在全球的实现有光明的前景。
以色列是一个土地面积只有1万多平方公里，人口只有400多万的小国。60%以上的国土的年降水量不到200毫米，但农产品自给率却达到95%，还有高达12亿元的农产品出口。其方法就是千方百计扩大水资源，包括废水净化，海水淡化，全国统一按严格的用水指标，进行水量分配，做到了"小德川流，大德化育"，所以尽管气候十分干旱，却并不受缺水的约束而停止发展的步伐。
我国的黄河流域，在20世纪80年代以后几乎年年断流，然而在十分干旱的2000年却并不断流。奇迹是如何创造的呢？据媒体介绍是"黄河中上游的有关部门在各自遭受特大干旱的情况下，克服种种困难，认真执行黄河水利委员会的水资源调度指令，及时加大泄水量"。原来多年来越演越烈的黄河断流是各种能够克服的"困难"引起的。塔里木河、黑河也多年断流，同样按照此方法，调节用水，恢复了流水。
至于在生产上，干旱之中夺丰收的奇迹，更是层出不穷，其中有许多是在并不引人注意的地方做了改进，却把一个地区从贫穷引向了富裕。晋中平原的垄盖沟种，渭北高原的以肥促水，黄淮海平原的林粮间作等等都是著名的例子。
在甘肃定西地区，采用黄土高原引雨水入水窖的传统，只是扩大了规模，采用了滴灌。终于摆脱了贫困，甚至干旱之年获得了丰收。
近年来，人们注意了城市绿化，使城市环境大为改进。但城市究竟是人口聚集之地，面积有限。然而建筑物与绿化之间并无不可调和的矛盾。如果按"小德川流，大德敦化"的原则，实行建筑物绿化。例如，屋顶植树种草，阳台种花种菜，墙面爬满藤科植物，一座建筑物就便成绿色山丘。一座城市就出现了层峦叠翠的景观，城市也部分地回归了自然。
以上讲到的并不是已经普遍推广的事实，但却是在最近几十年中涌现出来的新事物，说明人类在与气候的较量中，正在迈出重要的一步。现在是一个科技高速发展的社会。电视、手机等都是在不到20年就已普及化的。当代绿化也出现了强劲的势头。虽然在目前仍不能尽如人意，例如在绿化的同时，还存在大量破坏植被的现象。一个排污最多的国家却不支持限制温室气体排放量的协定。然而科学必然战胜无知，现在的失利不过是在胜利的过程中的曲折。在21世纪里必将克服，这许多有效的个别奇迹也将成为人类共同的愿望，在全球推广。那么，21世纪不但是一个气候灾害最严重的世纪，也将会是一个气候灾害开始全面减少的世纪。从这个世纪开始，人类将走出气候灾害的阴影，进入一个指点万物，和谐共荣的时代。那时人类将不再是对气候消极适应，而是在庞大的气候系统里实�"小德川流，大德化育，次天地之所以为大也。"的理想境界。那时水资源将会循环应用，既无水荒，也无水患，冬夏互济，寒暑均匀，一个新的伊甸园，即由人类自己设计与调控的伊甸园，将会来到地球。