一、受欢迎和遭拒绝的“人为温室效应”

　　作为地球上冷圈的主要地质体的冰川被誉为“大自然的温度计”，可见其对气候变化反应之灵敏。人们公认“现在是过去的钥匙”，其实，过去也是现在和未来的钥匙。我们可以从最近两万年来冷圈的演化以及相关的生态效应中看到气候变冷和变暖两种截然不同的图景。气候变化本身并无所谓好坏，无论气候变冷或变暖都同时具有对人类生存环境好、坏两方面的影响。其影响的程度则视作用的对象和人类适应的能力而不同，并不是绝对的。

　　1822年，法国人J。Fourier首次把地球大气层比作“温室”。如果没有大气层，地球将象表面冻结而无生物存在的火星一样（表1）。1938年，英国工程师Gallendar即提出人类活动将增强温室效应。当前，在讨论全球气候变化时，诸如大气－地表－冰系统对气候变化因子的响应；冰－洋相互作用；大气圈和冷圈的反馈等与冷圈直接联系的命题已必不可少，这些充分反映了冷圈在全球变化中所扮演的重要角色。冷圈的存在与演化既是气候变化的原因，也是气候变化的结果。尽管地球的温室效应古已有之，但因人类活动而加速大气增温则是近一百多年来的新问题。这种加速增温若适逢地球气候自然降温变化时可以起抵消作用，那时人们会欢呼“温室”为天堂；若适逢自然增温变化时则起着叠加的作用，将超出或即将超出人类社会的承受力而使人们视“温室”效应为灾难。人们在短短的十几年中就有过上述不同的经历，70年代中期属于前者，80年代开始就已变成后者。这种变化似乎太快了些。如果从百年的气候冷、暖变化周期来看待这一现象，认识可能会更全面而冷静些。1976年，Duphorn撰文“新的冰期还会到来吗？”，在人们担心原材料（包括能源）耗尽、环境遭破坏和人口过剩的情景又增加了一项“严重的冰期危险”，他们所担心的不是冰期来临人们要受冻，而主要是担心挨饿。因为降温会影响作物生长的空间和时间，益农地又会变成干寒草原或苔原。所以，当时就有人提出，人为地给大气加点热会抵消和延续冰期的来临，以降低冰期的危险。然而，也不应加热太多，否则会使冰盖融化而导致海面上升。由此可见，温室效应出现在气候变化周期的不同阶段（升温或降温）便会受到人类完全不同的看待。当时也有人指出：CO2使大气温度增高也只能在短时期内推迟气候变冷，并不能阻挡正形成的新冰期的来临。无疑，这种对气候变化性质的估价是正确的。若用类似的标准看待当前的全球增温是否也应给予相应的估计呢？1974年，《Quaternary Research》用整本篇幅刊载了24篇围绕着“现代间冰期将如何和何时结束”问题的文章，冰期悲观主义曾获得广泛共鸣。其原因是自本世纪40年代到70年代大气下层气温普遍下降0.4℃，致使极地地区积雪和海冰面积扩大11—12％。根据格陵兰Inlandeis冰芯氧同位素据推算，100年以后温度会下降5℃。有人认为（根据气象计算模型推算），极地地区温度只要下降2℃，由于反射率增大和反馈效应就足以引起新的冰期。故冰期来临有突然性，可能不到100年冰期就能出现。然而，实际情况是1890－1940年的50年间北半球年平均温度上升了0.6℃，此后下降了0.4℃，还没有完全抵消原有的热量积蓄。

表1、　地球、火星表面不同条件下的温度状况

　　　　　　　　　＊IPCC第一工作组，1990，气候变化的科学评估（草稿）。

　　目前，人类对气候变化原因和各种因素影响程度等的认识还存在不确定性，对气候变化的量还存在互相矛盾的计算模式，对气候变化的总趋势还难以把握，在回天乏术的时候把目光移向更长的气候变化周期（如百年、千年以上的）及对地质历史的研究是非常合适的。当前，许多气候学家在探讨全球气候变化周期、气温变化幅度以及气候变化的区域分异规律等方面已经接受了地质学的原则和方法，这无疑是正确的。

　　二、近两万年来冷圈演化与相应的生态效应

　　（一）18000－15000a　B。P。的末次冰期最盛时期

　　1．冰川、冰盖扩展，雪线下降

　　这个时期斯堪的那维亚冰盖覆盖了北欧北部，北美冰盖覆盖了加拿大全境和美国北部，南极冰盖向外扩展覆盖了南极大陆架和整个南极半岛、罗斯海和威德尔海。南极冰盖比现代厚500－1000m左右。阿尔卑斯山全境除部分高山顶部外冰川已连成一片，大冰川长达200－300㎞，厚1500m，雪线较现在低400－500m。我国西部山地雪线较今降低500－600m，冰川规模大2－5倍。天山最长的冰川达80㎞，延伸至山前并溢出谷口。当时中国冰川面积估计为200000㎞2以上。

　　2．多年冻土带扩展

　　山地冻土带下界下降了1000m。如天山乌鲁木齐河流域上游，现代冻土带下界为海拔3200m，而当时的海拔为2200m。纬向多年冻土带南界在当时达38－40°N，较今南移10°（纬度）。欧洲多年冻土带南界当时到过法国，南移23－24°（纬度），北美则达到美国华盛顿州北部，欧洲年平均温度较今低9－13℃。中国北方较今低10－11℃。

　　3．山地森林线下降，森林面积缩小

　　在美国，内华达州科迪勒拉山中部森林线下降1200－1500m（21000－14000aB.P.）。中国北方山地森林线下降800－1000m。阿尔卑斯山森林线下降幅度略小于北美而略大于中国北方。日本北海道北部和东部演化为森林苔原带；中国东部松嫩平原已无森林，年平均温度较今低5.4—7.6℃，北方针叶林带在中国北方较现代南移4－10°（纬度）。在欧洲南移16－17°（纬度）。森林迁移后则由草原、草甸或苔原所代替。喜冷动物猛犸象南移到40°N，披毛犀南移到32°N。生物界发生过一次大迁徙。

　　4．风力作用强盛，干燥带扩大

　　我国北部活动沙丘到达嫩江西岸，荒漠扩大，黄土向南分布到长江中、下游。祁连山敦德冰川冰芯130m深处已达末次冰期，分析结果微粒浓度较高，显示气候具有多风、干旱的特征。格陵兰冰芯中发现20000和13000－10000aB.P.两个Ca浓度峰值时期，浓度比全新世高10倍，表明环流强、干燥带扩大。这时，甚至在海退后出露的黄海海底也发育了沙丘。

　　5．海面和湖面下降

　　海面下降130－150m，海岸线东移500－600㎞。内陆湖泊湖面下降。东移的海岸线受海水封冻的范围也向南扩展约10°（纬度），估计可能达到30°N以北。在欧洲北大西洋海冰南界达到43°N，浮冰可漂浮到葡萄牙和摩洛哥海岸。

　　（二）4000－3000aB.P.的新冰期和400－200aB.P.的小冰期时期

　　紧跟气候最宜期后的新冰期雪线普遍下降和冰舌普遍前进。在我国西藏东南部，此次冰进发生在2980±150aB。P。。祁连山岗什卡达坂为3160±120－2530±120aB.P.，当时雪线较今低200m。这也相当于竺可桢先生所指出的公元前1000年的一次寒冷期。阿尔卑斯山新冰期冰进发生在公元前1400－1300年。南半球同期冰进发生在公元前1600年。此外，小冰期时寒冷气候记录也十分清楚。如加拿大德文（Devon）岛冰帽冰芯显示在17世纪时消融值最低，当时北冰洋海冰界线从格陵兰海一直推到冰岛海岸，每年有半年浮冰封锁海岸，几乎断绝了欧洲与格陵兰的交通。当时北欧和北美年平均温度比现代低1℃左右。阿尔卑斯山冰川前进毁坏了许多牧场、关卡和矿山，温度下降使土耳其葡萄种植业面临绝境。

　　新冰期时，多年冻土也有扩展。在我国东北多年冻土又重新发育，山地多年冻土带也再度下移，如大青山冻土带下界较今下移了440m（从海拔2300m下降到海拔1860m），海拔2000m的山顶上泥流舌年代为2975±70－1510±70aB.P.山麓堆积物中广布这一时期形成的“石线”。祁连山东段冻胀草丘的年代是2800－2500aB.P.大兴安岭伊图里河发现的埋藏冰楔的年龄为3000aB。P。，当时年平均温度低于现代1－2℃。此时纬向森林带又一次南移，山地森林带又一次降低。在大青山树线降低200m，气温较今低1－1.5℃。

　　从上述几次寒冷周期中看到，虽然寒冷程度有很大不同，但生态环境都是十分恶劣或者表现出明显恶化。除了由于海退和湖面下降使陆地面积扩大外，仅仅是为陆生动物提供了比较便利的迁移条件而已，如猛犸象可能就是在18000aB.P.前从亚洲迁到美洲的。如果说，人们现在担心气候变暖引起海面上升造成巨大经济损失，那么气候变冷使我们面临前述寒风凛冽、尘土飞扬、海岸封冻的情景也肯定是令人不适的。所以，正如Duphorn所说：“我们应该对大自然赠予我们的气候感到满意，并尽一切努力保持这种气候”。虽然事实上不可能这样，但人们的确还是喜欢现在的气候，任何变冷或变暖都令人担心。作者在对比了气候最宜期与末次冰期的种种生态效应后，宁愿气候向温热的间冰期发展。

　　（三）全新世气候最宜期

　　全新世气候最宜期大体始自9000aB.P.，8000 aB.P.，或止于4000aB.P.前后，包括我国仰韶文化时期。普遍温暖期出现在7000－5000aB.P.间。此时自然环境显现出以下一些特征：

　　1、冰川退缩，雪线上升

　　中国西部高山雪线上升300－400m，许多小冰川（小于0.5－1㎞2）消失，中等冰川（5㎞2左右）缩短2／3，大冰川（大于10㎞2）缩短1／4。南极乔治王岛的柯林斯冰帽南部边缘退缩了8㎞。挪威山地雪线上升400－500m，年平均温度较今高3℃。

　　2、多年冻土大面积消失或变薄

　　苏联西伯利亚多年冻土厚度减小，融化了40－50m，极限融化深度达100－150m，雅库次克地区热融洼地形成于8980±150aB.P.连续的纬向多年冻土基本退出我国，只残留小块岛状多年冻土，估计我国的多年冻土面积减少一半，高山冻土带下界上升300－400m。青藏高原南部冻土消失，中心地区冻土变薄。

　　3、森林带北移，山地森林线上升，森林面积扩大

　　中国东北、北欧、北美的泰加林又重新占据了以前的苔原带或森林苔原带。气候最宜期以来我国北方各大山系森林线上升近千米，长白山、大兴安岭、五台山、吕梁山、秦岭和贺兰山等地形成于末次冰期的石海和石流坡上皆长满了森林，仅在7000年前，天山、北美（如美国东北的白山）的森林线均上升了300－400m。内蒙古大青山森林线也上升了300－400m。此外，青海湖畔发现6500aB。P。的紫果云杉，反映年平均温度较今高3－4℃；8000－3500aB.P.是以松、云杉、冷杉为主的森林繁盛期，最热月平均温度为12－14℃，最冷月达﹣4－﹣1℃，为半湿润气候。藏南羊卓雍错湖畔（海拔4400m）有桦、栎林。西藏亚里（海拔4400m）有冬青林，年平均温度较今高2℃。在我国东部平原区，亚热带北界北移到京、津以南，晋东南及渭河谷地，竹类生长到关中平原和山东境内，年平均温度较今高2－3℃；猛犸象虽然早在12000aB。P。前已退出中国，而野象活动范围却可到达黄河流域。与此相应，青藏高原和内蒙古、东北的泥炭层亦广泛发育（表2）。从瑞典极地拉普兰（Lapland），此时松林迁移到高山灌丛带中，树线较今500m，苔原带从西伯利亚北部消失，作为温暖气候重要标志的榛树，在斯堪的纳维来6000－5000aB。P。向北推移；格陵兰现在生活在66°N的食用蠔，在那时移到73°N。

表2、全新世泥炭层形成年龄

　　4、海面和湖面升高

　　海面升高2－3m，如开始于9650±190aB.P.的渤海海侵，在6000aB.P.时达到高海面时期，此时海岸线后退几十到百公里，淹没了大片土地。内陆地区湖面上升，高水位时期对应6000aB.P.左右的气候最宜期（表3）。

　　表3、湖泊高水位年龄

　　* 李吉均，1990，青藏高原的隆起及其对环境的影响。

　　在中国北方，流动沙丘向西退缩400－500㎞。末次冰期形成的沙丘上生长了林地和草原。沙丘上还发育了土壤（表4），如东北西部，古沙丘顶部的古土壤层绝对年龄多在6000aB.P.青海共和盆地古沙丘顶部古土壤层为8350±100-6080±80aB.P.北非苏丹境内的沙漠则大大向南移动（6000－5000aB.P.湿润期内），在印度沙漠中，4000aB.P.前有许多人居住，这本身就是有比较湿润气候的证据。

　　表4、古土壤类型及其年龄

　　　　* 崔海亭，1990，中国阴山山地全新世气候变化的景观生态学影响。

　　气候最宜期以后，在中世纪（750到1200－1300年）还有一个小“适宜期”，发生了冰川后退和植物生长界线北移的事件。由于研究程度的差别，只知道在欧洲和北美比在中国表现得更具体。

　　由此可见，在气候变暖时，东亚季风更加强大和深入内陆腹地。在欧洲、北美则多表现为气旋路线的纬向迁移。当时，东亚季风可以深入到大部分青藏高原和内蒙古中西部和北部，大大减弱了我国气候的大陆性质。从总的环境效应看，当时是增温、增水的机制。当然，在高能环境下，某些地貌外动力过程，如泥石流、滑坡等在暴雨、台风增强的背景下造成的灾害也大为增强。海面上升必然导致大面积陆地淹没。但增温、增水过程的积极方面更为显著，如森林面积扩大、草原扩大、沙漠缩小、土壤发育、冻土区缩小、作物带北移、湖面扩大并改善局部地区水分循环等。我们应该看到，我国内蒙古东部、东北西部大面积沙漠中生长的林地、草原都得益于气候最宜期的赐予。这种效果与我们现在人工改造沙漠所取得的成果相比，在规模上要大一到两个数量级。虽然作者没有计算气候变冷或变暖的得失细帐，却认为用不着害怕一个可能有人为参与影响而到来的“第二次气候最宜期”或“第二次小适宜期”更何况已有人提出，气候变暖对于北半球大陆国家偏干寒的地区将带来良好的环境和经济效益。相反，增强的气旋活动将可能有较多的暴风雨袭击西欧。这也正是全球气候区域分异的规律，从来就没有过全球到处都好的气候。

　　三、我国气候变化和冷圈演化的特点与对策

　　已有观测表明，我国全球气候变化中并不与外国完全相同，全球变暖现象也不能简单地硬套给中国。例如，在全球增温过程中，中国的趋势较弱。80年代变暖，北半球平均升温0.24℃，全球平均升温0.23℃，而中国仅升温0.13℃，80年代虽然较前10年暖和，但气温仍低于1910－1979年70年的平均值。与此相联系的另一现象是，我国近40年来观测的记录表明，东北、华北、西北以及长江、黄河源区都是冬、春、秋季变暖而夏季变冷。这一现象对于我国冷圈演化的趋势及其反馈的后果有重要意义。在季风气候下，我国大部分冰川属大陆性，冰川积累期和消融期都同在夏季。若夏季降温则非常有利于冰川和积雪发育，抑制消融，就象是进入“冰期”。R.M.Koerner引用J.R.Bary的观点“一个或数个夏季，或有大面积残存积雪就能够倒转气候变化的机制，把我们卷入冰期之中”。这句话在量上过分而在质上有理。例如，加拿大德文岛1963、1964、1965年连续三个夏季稍凉，就使雪线从1962年的海拔1600m下降到海拔800m，然后，1969年一个温暖的夏季就使雪线升到正常的高度上，因而可以说“炎热夏季出现频率变小，就是出现‘冰期’趋势的气候特征”。德文岛冰芯资料表明，17世纪小冰期形成的雪层中缺少冰夹层，当时消融值最低，就证明当时没有温暖的夏季；阿尔卑斯山海洋性冰川区也有类似的反映，如1569年到1604年为夏季气温持续低于中值的时期，引起小冰期最新的冰川前进。我们应尽快查明近40年这一现象在我国冰川物质平衡中的表现。如果情况一致，中国的气候变化到底是向“冰期”还是向“间冰期”或“第二个气候最宜期”演变呢？又多了一个不确定性。作者据此认为，针对中国各方面的国情，对付气候变化的对策应该是尽最大力量去检测温度和降水等各项气象要素本身和相关的生态效应的变化，加强百年、千年以上气候变化周期的研究，以便于采取相应措施。对于周期性变冷或变暖的分析研究，应客观而全面。在认识上、对策上不必与外国完全同步，因为确实存在着许多不确定性和区域性特征。 对气候变化导致相关生态效应的检测内容主要包括下列几方面：

　　1.冰雪　平衡线、冰川末端、冰川温度、冰川面积与冰川累面积比（AAR值）的变化，积雪范围、厚度及温度变化，海冰、河冰、湖冰范围、厚度及温度变化；

　　2.冻土　冻土厚度、温度、含水量、地下冰类型的变化及其冻土热力学常规观测；

　　3.森林和植被　森林上限和森林带北界生态状况、树木生长速度、山地苔原带生态及森林－草原带界线的监测等；

　　4.海面和湖面　结合常规海洋水文观测进行；

　　5.沙漠　其界线的迁移以及沙漠化现象的观测，包括活动沙丘运动速率、强度和粒尘降落速率等。

　　总之，在宏观上应抓大陆性气候的变化趋势，完善对大陆性气候检测的手段。同时加强对不同气候类型区（如柯本分类）界线变化的检测，对增温增水、增温减水或降温增水、降温减水等形成机制的观测和研究。重点研究地区应放在我国北方和西北地区以及藏东南地区。

　　作者在研究我国北方晚更新世即距今两万年左右的气候变化特点时曾指出：与欧、美相比我国北方降温值小，气候波动幅度小而稳定，表现在北方针叶林和冻土南界变化幅度上只有欧洲变化幅度的1／3，具有持续干而冷的特点。这一点也具有参考意义。