收稿日期:2006-01-16；修订日期:2006-03-16
基金项目：国家自然科学基金项目(40475035,40272123)和中国科学院知识创新工程项目(KZCX3-S W -321)共同资助。
作者简介：高建慧(1977-)，女，辽宁抚顺人，硕士研究生，主要研究方向为全球变化。E -mail:gaojh@niglas .ac
中国中世纪暖期气候研究综述
高建慧，刘 健，王苏民
(中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏南京210008)
摘要：中世纪暖期是2000年来全球最重要的气候事件之一，关于中世纪暖期的研究，主要是通过各种代用资料重建气候序列。从目前的研究来看，能敏感响应环境变化的高分辨率的信息载体主要有冰芯、树轮、历史文献、湖泊沉积及石笋等。随着代用资料的开发，对于中世纪暖期的研究已经取得了丰硕的成果，但在中世纪暖期是否具有全球性，不同区域的起讫时间、增温幅度、内部波动以及成因机制等问题上还存在一定争议。主要原因是受重建资料敏感性与地域性限制，加上不同代用指标对气候变化敏感性的差异以及不同代用资料的方法、气候与环境意义等存在差异，定年存在误差。在中国，从对重建资料的整理分析来
看，对于“中国是否存在中世纪暖期”这个问题，各研究者们没有达成一致的看法；对于中国中世纪暖期冷暖变化的研究，由于区域差异，东部重建资料以历史文献为主，而西部关于历史气候环境的相关记载很少，所以重建资料以冰芯、湖芯、树轮等为主。大多数的研究结果认为，西部的冷暖变化与东部有着明显的差异，其中最主要的是东部在900～1300A. D.存在明显的温暖期，而西部则暖期不如东部明显。今后为了更加全面深入的了解中世纪暖期气候特征，应加强各种代用指标高分辨率序列的积累和定量化研究、各种代用指标和重建序列的综合集成研究及其与古气候模拟结果的比较研究，以期从动力学角度加深理解中世纪暖期的区域响应差异。关 键 词：中世纪暖期；气候；重建；代用资料
中图分类号:P461 文献标识码:A 文章编号:1000-0690(2006)03-0376-08
“中世纪暖期”(Medieval W ar m Epoch，或Medi 2evalW ar m Peri od，或H igh Medieval Ti m e )又称“小气
候适宜期”
(L ittle cli m atic op ti m u m )，指900～1300A. D.出现在欧洲及北大西洋临近地区的相对温
暖气候阶段[1]，它最早由La mb 在1965年提出[2]
，因为1100～1200A. D.正处于欧洲的“中世纪”，而此时西欧的气温较1900～1939年高0.5～1.0℃，故
而得名。
中世纪暖期是2000年来一个重要的气候事件。对此国内外已有不少研究工作，主要表现在对各种气候代用资料(如冰芯、湖芯、树轮、冰川进退、石笋、历史文献等)的开发和收集整理上，为揭示历史气候的特征提供了丰富的资料
[3]
，但由于
受重建资料地域性限制，加上不同代用指标对气候
变化敏感性的差异以及不同代用资料方法的气候、环境意义不同，而且在定年方面也存在误差，使得在诸如中世纪暖期是否全球性现象、中世纪暖期的增温幅度及气候特征、中世纪暖期的形成原因等问题的认识上还存在一定的分歧。例如，根据历史文
献、树轮、冰芯重建的中国温度序列标明西部中世
纪暖期升温不明显，而东部明显[4,5]
，关于中世纪暖期的形成原因,B r oecker 就认为是全新世温度波
动的延续表现[6]
，是Band 旋回的组成部分，相对于工业革命(1860年)以来的升温期，它属于倒数第二个暖期，不言而喻它具有全球性。并指出上世纪的快速增暖是在自然升温背景上叠加了人为温室气体的影响。B radley 根据全球重建序列的统
计，则认为中世纪暖期不具有全球性[7]
。为了对目前中世纪暖期研究状况有一个更全面的认识，现从研究方法、内容及进展方面对其进行综合概述。
1 研究方法
从冰芯、树轮、历史文献等记录中提取气候信息，是研究历史气候和环境的基本手段。P AGES/
CL I V AR 交叉报告[8]
指出气候变率的诊断研究依赖于树轮、冰芯、历史文献等高分辨率代用资料提供的详细古气候信息。为此建立高分辨率(100～101年尺度)的冰芯、树轮和历史文献气候序列，成
第26卷第3期2006年06月 地 理 科 学SC I E NTI A GE OGRAPH I C A SI N I C A
Vol.26 No.3
June,2006
为分析过去2ka来气候和环境变化的主要方法。湖泊沉积物和石笋、珊瑚等作为古环境与古气候变化的自然纪录，也日益受到科学界的关注与重视。随着这些气候代用资料定年技术的迅速改进，研究者们恢复了过去几个世纪乃至几千年的区域到全球尺度的气候情景[3,7,9]。
1.1 冰芯
中国的气候冰芯研究揭示气候环境变化具有保真性强(低温环境)、分辨率高(年)、时间尺度长(可达几十万年)、信息量大(降水、温度、大气化学成分、火山喷发、植被状况、海平面变化、太阳活动、地磁场等)等许多独特优势，是目前重建古气候环境的重要手段之一。随着人们认识的提高，冰芯研究在短短的几十年内已经获得了快速的发展，研究的区域从南北极地区扩展到以青藏高原为中心的中低纬度山地，所运用的分析检测技术也更加高、精、尖化[10]。到目前为止，通过冰芯研究揭示气候与环境变化方面已取得了丰硕成果[11]，如：确认了M i2 lankovitch理论，发现了不同时间尺度的气候环境突变，建立了大气粉尘负荷变化序列，再现了大气圈内温室气体的变化，揭示了宇宙成因的同位素含量的变化，揭示了人类活动的影响，提供了大气环境污染评价指标等。从中国冰芯记录的中世纪暖期(900～1300年)特征来看，古里雅冰芯δ18O(若代表温度)是相对的高值段，但与前后相比不存在一个明显的暖期，冰芯的积累量是相
对低值段，表明降水偏少[12]；敦德冰芯的δ18O则为明显的低值段，反映温度不高[13]。但由于中纬山地冰帽冰芯都位于高海拔区(一般>5000m)，其水汽来源不稳定，并存在较大的变化，因此冰芯记录的环境解释、定年和记录的区域代表性等方面都不同程度上受到新的挑战。
1.2 树轮
树木生长不仅受其本身的遗传特性、树木生长年龄的影响，还受季节、日照、降水、气温等气候因子的影响，而树木生长量的变化可以用树干横截面的年轮宽度、密度变化来表示。因此年轮参数变化就成了记录外界环境条件的天然仪器。根据树木年轮资料提供的较长时期高分辨率记录，可以重建过去温度、降水变化，还可以探讨温室气体、火山活动、太阳活动等对气候变化的影响。目前国内外树木年轮气候学已取得了不少成果[10]，树轮气候重建工作从高纬向低纬扩展，不仅研究区域不断扩大
(包括南美、日本，中国的青海、西藏、新疆、陕西、内蒙和东北地区，北太平洋沿岸地区及北方高纬度地区)，而且在理论方法和应用上也取得了显著的进展，如:Kitaga wa[14]由日本的大雪松δ13C记录重建出过去2000年的温度变化；吴祥定等[15]较早在西藏中部林芝、林周以及米林县获取了大量钻芯样本，分别建立了1400A. D.以来的温度曲线和1650A. D.以来的降水曲线。近年来，祁连山地区德令哈的降水序列[16,17]，祁连山地区都兰的温度序列[18,19]都是很出的成果，并提出树轮变化曲线“高频反映降水影响，低频反映温度影响”的新观点[20]。但是树轮研究也有其局限性[11]，只能在有古树的地区进行，因而在地域上受到限制。1.3 历史文献气候记载
在历史文字记载中，有关气候的证据，内容十分广泛，既包括寒冬、水灾、酷暑、旱灾、雪暴等直接的气候证据，也包括如湖泊冰封、动植物的分布与迁徙等间接证据。同其它研究方法一样，历史气候记载的研究方法包括如何提取气候资料、分析资料的可靠性以及消除影响资料可靠性的种种因素，最后经过适当的分级统计处理，取得均一的某一气候要素的序列，推测气候的变化[11]。中国丰富而悠久的历史文献记录是世界上独有的，经过数十年的发掘整理，中国学者已经发掘出大量的历史时期气候变化文献记录，其中相当一部分能够反映冷暖变化。相关资料最近已被张德二等人汇总出版[21]。竺可桢[22]1973年发表的《中国近五千年来气候变迁的初步研究》，开创了中国历史气候研究的先河。近年来以中国东部2000年冬温变化为代表的成果[23,9,24]，标志着历史文献研究步入了新阶段。根据东部冬温变化的序列，中世纪暖期明显存在着1050年和1250年的两个暖峰，增温距平0.4～
0.5℃，其增幅还超过上世纪的暖期。
1.4 湖芯
湖泊沉积[11,25～27]具有沉积连续、沉积速率大、分辨率高的特点，记载了丰富的过去气候变化的信息，其中包含的代用指标有10余种，如粒度、素、孢粉、硅藻、摇蚊、微体化石、同位素等。其中孢粉是最常用的恢复古植被的方法，通过转换函数的方法半定量复原温度和降水，可以恢复较长时间尺度的古气候变化，但由于它对气候变化的响应有一定的时间滞后，因此用孢粉模式难以重建短时间尺度的过去气候变化。介形虫是湖泊中广泛存在的一
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3期 高建慧等：中国中世纪暖期气候研究综述
种微体生物，干旱区湖泊研究表明，其优势种属主要与湖水盐度有关，利用湖泊沉积剖面中单一优势种介形类壳体的Sr/Ca比值可以定量恢复湖水的古盐度，并可通过室内模拟试验，获得碳酸盐结晶时水温与水体δ18O的关系，进而根据壳体δ18O推测古水温，因此湖水古盐度和古水温的定量反演可以促进过去全球变化由定性走向定量[28]。张恩楼等[29]利用介形虫形态参数重建了近千年来青海湖盐度的演化序列。青海湖盐度的波动序列表明，中世纪暖期湖水盐度是低值段(1120～1300年)，和树轮记录的较多的降水[30]是可比较的。
除了上述4方面的记录之外，最近石笋的记录引起科学家广泛的兴趣，至今中国历史时期石笋记录的中世纪暖期仅限于北京石花洞研究成果[31]，该记录表明LTC能明确反映温度的变化情况，根据对暖季温度的重建结果,800～1300A. D.存在周期波动，并在1100A. D.现明显的高峰，这与竺可桢根据历史文献的重建结果有较好的对应。
在国外冰川进退的记录作为存在中世纪暖期的重要证据[6,32]，尤以瑞士阿尔卑斯山地冰川进退历史的研究最为详细[33]，而国内的研究还未达到这种程度。国内珊瑚的研究最长序列也只有百余年历史，但却是一个极具前景的研究方向。
2 中世纪暖期气候的空间分布
自中世纪暖期这个术语出现以后，各国科学家依据冰芯、树轮和历史文献等古气候代用资料，对其进行了大量的研究与讨论，但至今对于中世纪暖期是否具有全球性还存在相当的争议。
La mb[2,34]根据历史文献资料建立了英格兰中部近1000年的平均气温的变化趋势，其中1150～1300A. D.欧洲大部分地区经历了近千年来的最温暖气候，并以干旱为主,Hughes[35]等认为中世纪暖期主要发生在9～14世纪期间。在这个时期，北欧14世纪中期出现了没有预想到的暖冬，西欧13世纪出现了温暖的春季和干旱的夏季，而且，这个时期阿尔卑斯山冰川出现了后腿。欧洲西部四个长达千年以上的树轮宽度序列均揭示了持续约250年(950～1200A. D.)的暖期，包括英格兰中部的温尔卑斯山脉的树轮[36]、德国B lack Forest树轮[37]、瑞典和法国的树轮[36]等。通过对克里特冰芯近1.4ka的δ18O与冰岛、格陵兰古温度曲线的对比,Dansgaard等[38]发现格陵兰地区存在中世纪暖期，随后在GI SP2和GR I P冰芯的δ18O序列中也得到证实[39～41]。大西洋Sargass o Sea西部沉积物的δ18O序列也反映了该时段的变暖[42]。美国怀特山树轮宽度资料显示了1000～1300A. D.的中世纪暖期[43]。俄罗斯Tai m yr地区乌拉尔山脉的树轮记录了800～1200A. D.的中世纪暖期[36]。塔斯马尼亚地区、加拿大艾伯塔省Jas per国家公园[44]和美国加利福尼亚地区[45]的树轮资料也都证实了中世纪暖期的存在。Bodri和Cer mak则从深钻孔反演的温度变化指示了中世纪暖期的存在[46,47]。欧亚大陆北部3个长达2000年的树轮宽度平均序列揭示了950～1200A. D.持续约250年的暖期[36]。
可见世界上很多地区在900～1300A. D.存在中世纪暖期，但以上的结果主要集中在北半球，尤其是中高纬度区包括冰芯、树轮、历史文献等的代用资料，在时间分辨率上，从1年到10年尺度再到50年不等，但还不足以证明中世纪暖期是否具有全球性。B radley等[7]利用23个代用资料序列研究1970年之前最暖的30年出现在什么时候时发现，有10个序列最暖出现在900～1300A. D.，有7个序列在20世纪，其余6个分散在1300～1800年间，因此认为中世纪暖期只在某些地方出现，不是全球性现象。Thomp s on[48]等从中国西昆仑山6200m高处古里雅冰芯恢复了近千年δ18O 纪录，结果表明中世纪暖期微弱甚至不存在。Soon 等[49]利用全球、半球和区域的139个代用资料重建序列考察在800～1300A. D.有没有50年以上的暖期时发现，有122个序列出现了暖期，占全部序列的87.8%，因而认为中世纪暖期的确存在而且具有全球性。
对于“中国是否存在中世纪暖期”这个问题，研究者们也没达成一致看法。竺可桢[22]根据历史文献记载认为，中国隋唐时代(589～907A. D.)气候温暖，宋朝(960～1279A. D.)气候转凉，即中国的暖期出现在公认的中世纪暖期之前，说明中国没有与欧洲时间一致的中世纪暖期。满志敏[23]等列举多方面的物候证据，说明五代中期到元朝早期(10～13世纪)中国东部气候温暖。葛全胜[24]等根据历史文献记载重建的中国东部地区过去的2000年冬半年的温度序列显示,930～1310A. D.为中国东部的中世纪暖期。施雅风[50]等通过古里雅冰芯的10年分辨率的δ18O记录发现，在1000～
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1200A. D.古里雅地区的气温只维持在平均水平，不存在明显的中世纪暖期。钟巍等[51]由昆仑山北麓的尼雅剖面沉积物的多指标的变化并未发现在9～14世纪期间的中世纪暖期。羊向东[52]通过湖泊沉积物花粉组合分析显示，青海西门错地区中世纪暖期增温幅度较小，中世纪暖期的气候特征表现不明显。沈吉等[28]根据青海湖沉积岩芯的多环境指标综合分析发现，青海湖地区明显存在中世纪暖期。张德二[53]根据历史文献中亚热带作物种植地点的变化认为13世纪中叶中国中部是一个典型的气候温暖期。金章东等[54]根据单一流域化学风化记录认为，中国北部地区存在明显的中世纪暖期。任国玉等[55]通过高分辨率花粉化石记录表明，东北科尔沁沙地存在中世纪暖期。罗建育通过湖泊沉积物记录显示，在1000～1300A. D.台湾大鬼湖地区[56]、820～1320A. D.台湾高山地区[57]均存在中世纪暖期。康兴成[58]等根据树轮资料恢复的青海都兰地区历史时期的温度显示，青藏高原东部地区存在中世纪暖期。杨保[59]根据冰芯、树轮、沉积物资料重建的近2000年青藏高原地区的温度曲线表明，青藏高原的东、北部与西、南部的温度变化存在差异，东部和北部在9～11世纪进入中世纪暖期，而西部和南部分别在1150～1400A. D.和1250～1500A. D.进入中世纪暖期。王绍武等[60,61]根据史料、树木年轮、冰芯等代用资料建立了800～2000A. D.中国东部、西部及全国平均气温距平序列，认为中国东部在9～13世纪的确存在中世纪暖期，而中国西部无明显的中世纪暖期。
3 中世纪暖期的增温幅度
关于中世纪暖期的冷暖变化，国内已有不少研究成果。在东部，葛全胜等[9]利用历史文献的冷暖记载，
特别是物候记载重建了中国东部地区过去2000年分辨率为10～30年的冬半年(10～4月)温度距平变化序列，认为930～1310A. D.为中国东部的中世纪暖期，但这个暖期并不是一个持续稳定的暖期，而是由2个温暖时段和一个寒冷时段组成的；杨保[62]等利用已发表的冰芯、树轮、湖泊沉积与历史文献等代用资料重建了分辨率为10年的中国过去2000年温度变化序列，认为800～1100年为中国东部的中世纪暖期；王绍武[63]等根据有关温度变化的史料，利用线性回归和面积加权法，重建了中国东部温度变化序列，认为从公元9世纪后半叶到11世纪以及13世纪，气温可能与20世纪平均相当，或略低。
从以上序列的特点来看，王绍武所建立的序列受资料限制，分辨率仅达到50年，不能完全反映整个过去2000年的中国东部温度变化状况；杨保所建立的序列前段的时间分辨率低，其重建结果只反映了中国过去2000年冷暖波动的基本特点，而不是具有10年分辨率的温度变化距平序列。葛全胜序列是一个采用同一指标校准的、且具有固定时间分辨率的温度距平变化序列，因为在重建过程中，他先以现代气温与物候及其相关的资料分析为依据，确定不同类型的所使用转换关系方程，相对精确地将某个地区在某个时段的冷暖记载转换为该地区的温度距平值，并利用现代气象观测资料，通过相关分析，计算了不同站点、不同季节温度变化对整个地区冬半年温度变化贡献率，将一个单点的季节温度距平值以同一标准转换成整个东部区域的冬半年温度距平值，从而较好地解决了因文献记载类型、地区不同、季节不同等造成的重建结果不可比问题。尽管该序列反映的温度信息仅是冬半年的温度信息，但在中国东部地区，冬半年温度的年际变化与年均温度的年际变化具有极好的相关性，因此这个序列实质上可以代表过去2000
年中国东部地区的温度变化。表1是根据该序列对过去2000年的冷暖变化阶段和变化幅度进行的定量分析[64]。最近该重建的温度序列与全球海气耦合模式ECHO-G的千年几分的模式结果进行了比较，获得了进一步的可信度论证[65]。
表1 中国中世纪暖期及其中国东部
冬半年温度距平(较1951～1980)
Table1 The te mperature anomaly during the MW P peri od of China and winter2half2year in the eastern China
温暖时段1(年)寒冷时段(年)温暖时段2(年)起迄时间930～11001110～11901200～1310持续长度(a)18090120
温度距平(℃)0.3-0.30.4
最暖(冷)30年1080～11001140～11601230～1250温度距平(℃)0.5-0.50.9
西部的冷暖变化与东部有着明显的差异，其中最主要的是东部在900～1300年间存在明显的温暖期，而西部的则基本不存在明显的暖期。
4 中世纪暖期的成因机制
中世纪暖期气候事件的成因机制，目前还不清
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3期 高建慧等：中国中世纪暖期气候研究综述
楚,Stuiver等[67]从GI SP2冰芯记录发现太阳活动可能对近千年来的格陵兰温度在世纪尺度上施加影响，对于δ18O的高频波动变化，太阳活动难以解释，他们认为海气相互作用可能起主导作用。St ocker等[68]认为代用资料所反映的百年尺度的气候波动与北大西洋的温盐环流有关；满志敏[69]从文献记载的研究中得到初步结论，中世纪气候温暖与海平面变化之间存在一定的关系，但还没有得到其它证据的验证。有人认为与太阳活动有很大的关系，但从作用机理上还没有证实[70]；刘健等[71]
在改变太阳辐射、火山活动、CO
2与CH
4
浓度等因
子的情况下采用全球海气耦合气候模式ECHO-G 进行了1000个模式年的长时间积分气候模拟试
验，说明太阳辐射、火山活动、CO
2与CH
4
浓度都
是形成中世纪暖期的重要因子，但尚未说明各因子各自对中世纪暖期形成的贡献。
要认识中世纪暖期的成因机制也可以从更长时间尺度的全新世温度波动特点来分析其发生的背景。最近从极地冰芯、北大西洋深海沉积，包括中国石笋、湖沼的研究[72,73]，都较一致发现全新世存在1500年准周期波动，而中世纪暖期正是工业革命以来升温之前的倒数第二个暖期。B r ocker应用大量欧洲冰川进退的证据和北美湖泊钻孔资料论证该时间的全球性[6,74]。事件的全球性并不意味所有的重建序列在波动幅度上都一样。即使我国西部树轮和湖泊的资料都有反映，只是幅度比东部要小一些。
5 研究展望
综上所述，发生在900～1300A. D.间的中世纪暖期是过去2000年来一个重要的气候事件，随着代用资料的开发，对于中世纪暖期的研究已经取得了丰硕的成果，但由于研究结果的区域差异，致使在中世纪暖期是否具有全球性，中世纪暖期在不同区域的起迄时间、增温幅度、内部波动，中世纪暖期的成因等问题上还存在一定争议，主要原因是：不同代用指标环境意义各异，样本数大小不一，对气候变化的敏感性不同，使得重建序列的分辨率、代表性、精确性等都不相同，而且缺乏对各种重建序列的综合集成研究。另外，关于中世纪暖期成因机理的研究也较为薄弱。
因此，今后应加强以下三方面的工作:
1)各种代用指标高分辨率序列的积累和定量化研究：从目前的研究来看，能敏感响应环境变化的高分辨率的信息载体主要有冰芯、树轮、历史文献、湖泊沉积、石笋等，它们均适合于用来进行历史气候的定量重建，以更精确地恢复过去气候环境的变化，揭示气候变化规律和区域特点。但是代用指标的定量化研究必须建立在牢靠的基础工作之上，例如历史文献中关于降水的“雨雪分寸”记录，只有借助于现代降水与土壤下渗的系统观测与试验才能有效地恢复古降水量；现代冰雪过程(包括成冰作用)与气象观测资料的系统分析，才能深入理解δ18O、污化层、微粒、离子组成等冰芯记录的环境意义，才能定量重建温度等气候要素的时序；在湖泊环境的定量研究中最有前景的指标是硅藻、介形类、摇蚊、花粉等微体生物及与其相关的地球化学指标，必须通过大量湖泊及其流域的调查及采样分析，建立湖水环境要素、微体生物组成的区域数据库，应用数理统计方法，求解不同微体生物与水环境要素的函数关系，为湖泊沉
积环境的量化重建打下坚实基础。同样，树轮的研究也应从轮宽序列进一步扩展到密度、同位素(δ13C,δD)记录序列，多指标相互校验，更深刻理解树轮记录的气候与环境信息。应该指出的是，精确的年代学是重建高质量历史气候不可或缺的重要前提。
2)各种代用指标和重建序列的综合集成研究：在过去全球环境变化研究中，由于每种代用指标具有不同的环境意义，在不同时期不同代用指标对气候与环境变化的敏感程度存在差异，因而应当从综合的角度出发，把不同精度、不同分辨率、不同类型、不同环境意义的代用指标相互校核、取长补短，并将重建序列进行综合的对比，寻各序列之间的内在联系，使其更能反映气候的时空波动规律，并减少重建过去气候变化的不确定性，最终获得更为准确合理的结果。近年来，国外科学家努力利用冰芯、树轮记录，通过综合集成，重建了北半球1000年温度变化曲线[75]；中国科学家也在努力汇总青藏高原多支冰芯记录，重建历史温度变化序列，树轮学家力图将不同地形部位的树轮记录，集成为统一的代表区域气候的序列。在湖泊环境的研究中，同样期待不同定量方法结果的相互比较与分析，以更深刻地理解环境变化的机理。
3)古气候模拟研究：代用指标和重建序列能够再现不同地区历史时期气候变化的过程与特点，而且借助于统计相关分析，可探讨不同区域之间的
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