r />1 1， 2， 3* ，李志忠1 ，姜修洋1 ，雷国良1 ，朱 陈秀玲 ，刘秀铭 1 1 芸 ，靳建辉（ 1． 福建师范大学 a． 地理研究所，b． 地理科学学院，福州 350007 ； 2． 兰州大学 a． 西部环境教育部重点实验室，b． 西部环境与气候变化研究院，兰州 730000 ； 3． Macquarie 大学环境与地理系，澳大利亚 悉尼 NSW 2109 ） 摘要： 对中世纪暖期 （ MWP） 的时空分异和区域影响进行综合分析， 关系到对近百年来全球 气候变暖驱动力的正确认识，也有助于客观地解析 20 世纪气候变化增暖的历史地位． 本研究 对中国疆域内各个地区 MWP 的一些成果进行梳理和再思考， 表明 MWP 在中国疆域内的存在 是毋庸置疑的，但不同地区 MWP 表现出明显的时空差异． 中国中东部地区在 800 ―1300 AD 存在明显温暖期，各种地质记录和文献记载都有较明显反映； 虽然西北部 MWP 表现不很明 显，但是众多石笋、湖泊沉积和风沙沉积也记录了 500 ―1500 AD 间呈现温暖湿润的气候特征； 青藏高原各地 MWP 的表现差异明显， 其中 800 ―1100 AD 暖期是高原东北部最暖的时期， 而 南部和西部最暖期分别出现于 1150 ―1400 AD 和 1250 ―1500 AD． 太阳辐射变化和火山活动可 能是形成 MWP 的基本原因，而中国三大自然区下垫面条件的复杂多样性造成 MWP 发生过程 和表现形式的时空分异． 关键词： 中世纪暖期； 气候； 中国 中图分类号： P467 文献标识码： A 7105 （ 2012 ）
文章编号： 1673-Characteristics of Climate Changes During the Medieval Warm Period in China2， 3* CHEN Xiuling1 ，LIU Xiuming1， ，LI Zhizhong1 ，JIANG Xiuyang1 ，LEI Guoliang1 ，ZHU Yun1 ，JIN Jianhui1（ 1． a． Institute of Geography，b． School of Geographical Sciences，Fujian Normal University，Fuzhou 350007 ，China； 2． a． Research School of Arid Environment and Climate Change，b． Key Laboratory of Western China's Environmental Systems （ Ministry of Education） ，Lanzhou University，Lanzhou 730000 ，China； 3． Department of Environment and Geography，Macquarie University，Sydney NSW 2109 ，Australia）Abstract ： Comprehensive analysis of the spacetime manifestation and regional impacts of the Medieval Warm Period （ MWP） can affect the recognition of driving forces of climate warming over the past century，and the objective understanding of historical status of 20th century warming． In this review ，a number of results concerning this epoch in different regions of China were reconsidered，showing that the MWP actually exists in China，although with spatial differences and temporal fluctuations． Geological records and literature recordation reflected clearly that there was a distinct warm period in centraleastern China during 800 ―1300 AD． Although the performance of MWP in some areas of northwestern China was not obvious as that in eastern China，many studies about stalagmites，lake sediments and sand depositions also showed warm and humid climate during 500 ―1500 AD． Differences of the MWP1222 收稿日期： 20114 、 ） 、中国科学院城市环境与健康重点实验 基金项目： 福建省公益类科研院所专项基金 （ 室开放基金 （ KLUEH201001 ） mail ） 作者简介： 陈秀玲 （ 1978 ―） ，女，福建福州人，博士，副教授，主要从事环境演变与人类对策研究，（ Exiulingchen@ 163. com． * 通讯作者： 刘秀铭 （ 1956 ―） ，男，福建福州人，博士，教授，主要从事第四纪地质与环境演变研究， （ Email ） xliu@ fjnu. edu. cn．22亚热带资源与环境学报第7 卷were significant within the Tibetan plateau，in particular，the northeastern region of the plateau experienced distinct warming during 800 ―1100 AD，and the southern and the western during 1150 ―1400 AD and 1250 ―1500 AD，respectively． Solar and volcanic activities may be mainly responsible for the space variations were increased by vaformation of the MWP in China，meanwhile its complicated timerious natural conditions in China． Key words： the Medieval Warm Period； climate； China0引言近年来，国际社会有关全球气候变暖的研究如火如荼， 关于大气圈 CO2 含量增加是否由人类活动所引起，并致使地球温度迅速增加的讨论已成为全球关注的重点 ． 联合国环境规划署下属的政府间气候［1 ］ 变化专业委员会 （ IPCC ） 认为近百年来的全球增温人类活动可能起主要作用 ． 但非政府间气候变化专业委员会 （ NIPCC ） 科学家的观点与之完全相反，认为最近 100 多年来的全球增温主要由自然因素引 起，人类活动所起的作用不大［2 ］． 为此， 双方展开了史无前例的激烈争论， 列举了许多完全相反的观点与证据． 其中一个主要的焦点是过去 1000 多年的地球气候历史中是否存在中世纪温暖期 （ MWP ） 这 一高温时期． Lamb 在 1965 年根据大量史料和气候历史数据表明 10 世纪晚期到 12 世纪，欧洲及北大西 洋临近地区夏季暖干、冬季温和，一些地区温度可能与 20 世纪后期相当或略高［3 ］， 并将这一时期称为中世纪暖期 （ Medieval Warm Period，MWP） ． IPCC 对 MWP 的存在表示怀疑，认为从准确定时和区域表 ，20 世纪后 50 a 是过去 1 300 a 以来温度最高的时段［1］． 但是 NIPCC 认 达的角度，MWP 是个 “异类”［2 ］ 为 MWP 作为全球性现象曾经真实存在， 时间出现在 800 ―1300 AD 间， 并且气温比当前温暖 ． 由于MWP 是距 20 世纪以来最近的一次显著暖期，且发生在工业革命以前，公认属于自然气候变率， 因而对 这一问题的客观解析显然关系到对近百年来增暖驱动力的辨识 ，这将有助于客观地认识 20 世纪增暖的 历史地位． 因而本研究也对中国疆域内不同地区 MWP 的一些研究成果进行梳理与再思考， 以期能够为 解决这些争论提供一些依据．1中国中东部地区对 MWP 的响应对中国东部过去 2 000 a 气候变化记录的大量研究表明，虽然 20 世纪以来升温幅度非常明显，但其温暖程度以及波动幅度可能并非过去 2 000 a 曾经出现过的最高水平，MWP 在中国东部地区的表现非常 显著［422 ］，并且从多尺度诊断上证明了 MWP 的温暖程度可能略高于 20 世纪［4］， 不过中国东部的 MWP［5 ］ 并非一个持续稳定的暖期，1110 ―1190 AD 期间也存在一个相对寒冷的时段 ． 葛全胜等利用历史文献 ［6 ］ 的冷暖和物候记载重建了过去 2 000 a 中国东部地区分辨率为 10 ～ 30 a 的冬半年温度距平变化序列 ，结果表明，中国东部在 570 ―1310 AD 之间气候温暖，20 世纪暖期冬半年温度虽 略 高 于 整 个 中 世 纪 （ 930 ―1310 AD） 暖期，但分别低于 930 ―1100 AD 和 1200 ―1310 AD 2 个温暖时段， 若以 30 a 时段的 冬半年温度计，最暖时段则为 1230 ―1250 AD 和 1260 ―1280 AD，温度距平分别比现在高 0. 9 ℃ 和 0. 7 ℃ ，具体可见图 1［4-6］． 相应于偏强的东亚夏季风环流，中国东部在 MWP 期间季风雨带位置常常偏北， 南方降水偏少、 北 方降水偏多． 周秀骥等人研究中国黄河流域和南方每 10 a 的暖季旱涝频数表明 1000 ―1200 AD 期间北 湿南干 ，许多地质证据也支持这种观点． 例如， 花粉化石研究表明在 975 ―1290 AD 时期，中国东北 ［8 ］ 科尔沁沙地夏季降水量显著增加 ，内蒙古浑善达克沙地的古土壤及河湖相沉积揭示 ， 在 MWP 期间浑［7 ］［910 ］ ，沙地南部岱海的湖泊沉积也说明 ，在 1020 ―1260 AD 湖区降水较 善达克沙地气候湿润，降水偏多 ［11 ］ ［12 ］ 大，湖泊水位逐渐增高，气候温暖湿润 ． 武健伟等人 综合古土壤、 孢粉和河湖相沉积等证据进一步揭示华北广大沙区在 600 ―1400 AD 普遍发育古土壤或河湖相沉积，气候温暖湿润． 童国榜等人根据 ［13 ］ 硅藻和孢粉资料重建龙感湖降水量曲线显示 MWP 大部分时段当地表现为明显的干旱 ．第1 期陈秀玲等： 中国中世纪暖期气候变化的基本特征23虽然大部分研究认为中国中 东部地区存在明显的 MWP，但是 各个研究者确 定 的 MWP 发 生 时 间仍然存在一些差异． 例如， 竺 在 中 国 东 部， MWP 与 欧 洲 不 同， 主 要 为 隋 唐 时 代 可桢 发 现 （ 589 ―907 AD ） 气候温暖， 宋朝 （ 960 ―1279 AD ） 气 候 转 凉． 满 等根据多方面的物候证据 认为 10 ―13 世纪中国东部气候温 暖， 葛 全 胜 等 利 用 历 史 物 候 证 据、同时辅以雪日记载， 重建了 过去 2 000 a 的温度变化，结果表 明 950 ―1300 AD 温 度 明 显 高 于 长期均值［1819 ］ ［16 ］志敏［17 ］． 杨保［20 ］等综合已发表各种指标与历史文献等资料 表明 800 ―1100 AD 为 中 国 东 部 的 MWP． 王 绍 武 等人认为 MWP 起 于 9 世 纪 后 半 叶， 止 于［21 ］13 世纪末， 其中 9 世纪后半叶至 11 世纪末及 13 世纪 2 个时段最为温暖． 这些差异可能是重建序列所用的材料 、 分辨率不同以及地区响 应差异等原因造成，同时，对资料属性研究的不足，对千年尺度气候变化机理的不了解以及对重建结果 采用不同的对比标准等也是造成这种差异的原因之一［22 ］（ a） 中国东部过去 2000 年 30 年分辨率的冬半年温度距平变化 ， 图1 （ b） 和 （ c） 分别为 961 ―1110 AD 和 1501 ―1999 AD 分辨率为 10 年的冬半 年温度距平变化． 黑实线为冬半年温度距平 ，灰线为 3 点滑动平均， ［5 ］ 虚线为误差棒 Figure 1 Winter halfyear temperature anomaly change in eastern China with 30year resolution during the past 2 000 years （ a） ，and 10year resolution during AD 961 ―1110 （ b） and 1501 ―1999 （ c） ，respectively． Black dot line is winter halfyear temperature anomaly； grey line is threepoint running mean； dashed line is error bar．2 中国西北地区对 MWP 的 响应中国 学 者 对 西 北 地 区 关 于 MWP 的关注度则要低得多，但也 有不少石笋、 湖泊沉积和风沙沉 积 的 研 究 成 果． 在 西 北 地 区 西 部，李志忠、陈秀玲［23 ］等人对新疆伊犁塔克尔莫乎尔沙漠可克达 拉剖 面 的 研 究 就 发 现 在 500 ― 1500 AD 期间， 可克达拉剖面的 有机碳、 氧化铁和频率磁化率值 快速增大， 远高于现代， 代表此 期间为近 4 ka 以来最为湿润的时 期 （ 图 2 ） ，该阶段发育了 Se1 和 Se2 两 层 古 土 壤， 粘 粒 含 量 高， 成壤作用强． 其中古土壤 Se1 发 育于 700 ―1500 AD，是塔克尔莫 乎尔沙漠沉积对 MWP 的 敏 感 响 应． 张芸等研究也发现了天山乌 鲁木齐河源区全新世晚期 600 ―图2 TKP 剖面及有机碳、氧化铁、磁化率变化曲线与 ［23 ］ 气候变化阶段 Figure 2 Change of TOC，Fe2 O3 and Xfd in the section24亚热带资源与环境学报第7 卷1500 AD 和北疆草滩湖湿地 800 ―1300 AD 期间的湿润气候［24-25］． 阎顺等［26］对艾比湖 2550 年来环境演 ［27 ］ 变研究表明，约 300 ―1400 AD 是艾比湖的高水位时期，冯晓华等 对东道海子湖研究得出 730 ―1700 AD 间湖面上升． 在西北地区东部，张平中等对甘肃武都万象洞的石笋记录进行了详细的研究 ， 研究发现虽然 20 世 纪期间夏季风环流较强，气候暖湿，但是 20 世纪末 （ 1960 ―2000 AD） 明显减弱，而 MWP 期间的夏季［28 ］ ［29 ］ ［30 ］ 风环流明显强于 20 世纪，并且在 980 AD 达到 2 000 a 来的最强 ． Paulsen 和李红春 等人研究陕 西佛爷洞 SF 石笋也表明在公元 1250 ―1510 AD 期间气温较高，对应于欧洲的中世纪暖期． 满志敏等根 ［17 ］ 据冬小麦的种植北界证明黄土高原地区 10 ―13 世纪间的温暖气候 ． 葛全胜等根据历史文献记录分析 表明 10 世纪中期至 13 世纪后期西北地区东部气候总体温暖，960 AD 前后冷暖程度与现今 （ 指本世纪 50 ―80 年代 ） 基 本 一 致， 1040 ―1110 AD 气 候 较 现 今 温 暖， 13 世 纪 中 前 期 年 均 温 较 今 高 1. 4 ℃以上［31 ］．分析以上研究成果可以发现， 西北地区西部由于代用指标和所用材料分辨率较低等原因 ， 对于 MWP 起止时间的确定比较模糊，但是总体表明 500 ―1500 AD 期间不同地区在不同的具体时段均表现出 温暖湿润的气候特征，而西北地区东部的研究成果则较为明确地指示 10 ―13 世纪的暖期， 与中国东部 的 MWP 特征更为接近．3青藏高原不同区域对 MWP 的响应青藏高原过去千年的高分辨气候变化主要通过冰芯 、树轮、湖芯等资料进行研究，对于青藏高原气 18 候变化史上是否有 MWP 存在一定的争议． 在青藏高原西部，施雅风等人研究古里雅冰芯的 δ O 记录发［32 ］ 现 1000 ―1200 AD 古里雅地区的气温只是维持在平均水平， 未见明显的 MWP ． 姚 檀 栋 等 人 指 出 MWP 在古里雅冰芯记录中被 900 AD 的一个明显冷期所扰动［33］． 羊向东通过湖泊沉积物花粉组合分析 ［34 ］ 显示，青海西门错地区 MWP 增温幅度较小 ． 在青藏高原北部， 敦德冰芯的孢粉记录也指示 1200 ―1370 AD 出现一个暖干的时段［35］， 钟巍等对塔里木盆地南缘 9 ―14 世纪期间气候特征的研究中发现 MWP 期间的显著温暖特征 ［36］． 在青藏高原东部， 康兴成等人对青海都兰树轮资料的分析也发现青藏［37 ］ 高原东部很强的 MWP 记录 ，沈吉等综合分析青海湖沉积岩芯发现 ，青海湖地区在 1160 ―1290 AD 间 ［38 ］ 13 存在明显的暖期 ． 青藏高原南部的昌都树轮年表 δ C 记录也表明 1150 ―1400 AD 有一个显著的暖期 ［39 ］ 18 出现 ． 达索普冰芯近 2 ka 来的 δ O 记录和甲烷浓度研究均发现 730 ―900 AD 间的明显高值区间，表 ［40 ］ 明 MWP 在青藏高原南部高海拔地区的存在 ．综合以上研究发现，青藏高原发生的 MWP 特征具有强烈的区域性，杨保 结合各家的研究成果重 建了近 2 000 a 青藏高原地区的温度曲线表明，高原东北部在 800 ―1100 AD 期间表现为强暖期，1100 ― 1400 AD 表现为弱暖期，与中国东部的温度变化较为一致 （ 图 3 ） ． 刘禹等利用树木年轮资料重建的温 ［42 ］ 度曲线也显示青藏高原中东部在 864 ―882 AD 和 965 ―994 AD 为极暖时期 ， 降水重建研究也表明 929 ―1031 AD 期 间 春 季 降 水 增 多［42-43］； 高 原 南 部 和 西 部 在 9 ―11 世 纪 期 间 表 现 为 寒 冷， 但 分 别 在 1150 ―1400 AD 和 1250 ―1500 AD 经历了气候变暖． 从温度曲线还可以看出， 青藏高原在 1150 ―1400 AD 最暖，800 ―1100 AD 表现为弱暖期［41］，这与中国东部的温度变化存在一定的差异 ．［41 ］4结论综合上述资料与讨论表明，MWP 在中国疆域内的存在是毋庸置疑的， 只不过在不同地区不同代用 指标的重建序列中所表现的起始时段和波动幅度有所差异 ． 中国东部在公元 800 ―1300 AD 存在明显的 温暖期，西部有些地区表现不如东部明显 ，或者出现最暖期的时段不甚相同， 但 500 ―1500 AD 间不同 地区在不同时段也均有暖期的表现 ，青藏高原总体上也在 1150 ―1400 AD 期间表现最暖，因而可以肯定 MWP 作为 2 000 a 来一个重要气候事件在中国的存在，20 世纪并非过去 2 000 a 以来升温最大的时期，［45 ］ 这点也可以从葛全胜新近关于中国过去 2 000 a 温度变化速率的研究中得到证实 ． 大量重建和模拟研究显示，太阳辐射、火山作用以及气候系统内部过程可能是驱动 MWP 气候变化第1 期陈秀玲等： 中国中世纪暖期气候变化的基本特征［22 ， 4649 ］25， Keller 等 认 为太阳活动在十年、 百年乃至千 的主 要 原 因 年尺 度 气 候 变 化 上 的 贡 献 很 ［50 ］ 大 ，杨 周 等 发 现 北 半 球 过 去 2 000 a 气温变化在数百年尺度数 十年 尺 度 上 均 受 太 阳 活 动 的 驱 ［51 ］ 动 ． 从长期的气候变化历史来 看，气候总是在冷暖波动中前进 的，每次寒冷期结束后的全球变 暖是一种自然现象［52 ］，因而工业革命以来气温的快速上升可能主 要由自然因素造成， 是小冰期过 后的正常回暖， 人类活动的作用 并非主导原因． 对于 MWP 在 中 国 不 同 地 区 响应时间和幅度的差异， 可能因 为 中 国 地 域 辽 阔、 各 地 太 阳 辐 射、大气环流和下垫面有明显的 地域分异， 因而全球气候变化在 中国各个地区响应特征存在明显 的时空分异， 加上不同代用指标 对气候变化敏感性、 不同代用资 料的方法与指示意义等存在一定 差异，定年存在误差［53 ］近 2 000 a 全青藏高原、高原各分区 50 a 尺度 ［41 ］ 标准化温度序列的比较 Figure 3 Comparison of 50year means of regionally reconstructed temperatures for the Tibetan plateau during the last 2 000 years图3等． 因而，在今后工作中，仍然需针对中国各地自然地理和气候变化特点 ， 收 集更多不同性质的气候变化信息载体 ，补充建立更多高分辨率的气候变化序列进行综合分析 ，同时也需 要用更加科学谨慎的态度选取地质记录和历史文献资料进行重建 MWP 的研究．参考文献［ 1］ IPCCAR4． Climate Change 2007 ： The Physical Science Basis． Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change ［ R］ ． Cambridge University Press， 2007． ［ 2］ Idso C， Singer S F． Climate Change Reconsidered： 2009 Report of the Nongovernmental International Panel on Climate Change （ NIPCC） ［ R］ ． Chicago，IL： The Heartland Institute， 2009． ［ 3］ Lamb H H． The early Medieval Warm Epoch and its sequel 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