研究历史气候变化的现代科学技术
除利用历史文献方法和现代分析技术研究历史气候外，树木年轮法、自然地理因子方法、同位素法、虫旱灾异年频数法等技术手段，也是研究历史气候的重要方法。
一 树木年轮方法
用树木年轮研究历史气候的方法始于20世纪初的美国。20世纪30年代以后，在我国曾断断续续地开展了这方面的工作。近年来，由于IGBP的推动，这一方法进展迅速。所谓树木年轮方法，就是通过对树木年轮的宽度、密度、灰度和同位素的研究重建古气候的方法。
（一）利用年轮宽度重建历史气候的变化
自DougLass确立了树木年代学的原理和方法以来，大部分研究都是利用年轮宽度来重建过去上百年甚至几千年的降雨量和温度变化，以弥补气象资料的不足。[1]其具体步骤是：1.选择未受人类活动影响、远离水源且自然条件未曾发生过明显变化、未受过火灾或病虫害的林缘木和孤立木，截取或用生长钻钻取标本，用读数显微镜和数码管读取或记录数值。2.通过生长量的订正，消除因树木年龄对年轮宽窄变化的影响。然后用比值法求得年轮宽度指数序列，或叫做标准化年轮宽度年表。3.通过统计分析与序列延伸，将年表校准成人们习惯上常用的由气象仪器所观测得到的气候资料序列。
（二）利用年轮密度分析研究气候变化
树木年轮的密度分析，是自20世纪80年代以来树木年轮气候学研究中的一个更大突破。[2]由于细胞的直径、细胞壁厚薄和分裂速度同时受外界环境因子的支配，而木材的密度变化正是与这些敏感的细胞特性紧紧联系在一起，因此，年轮密度可以作为反映气候变化的新资料。与年轮宽度资料相比，明显地有两个方面的优越性：第一，在温暖、水分条件适中的地区，树木年轮宽度的逐年变化接近一致，无法用作气候变化分析，但年轮内树木密度变化状况却仍然有明显差异，以此可与气候要素建立相关函数，得到必要的逐年气候变化信息。第二，年轮宽度表征的是整个一年或者是生长季加上前期气候影响的总效果，而木材密度所反映的是生长季内或其中某个时段的气候因子状况。
（三）采用树轮图像分析方法研究气候变化
图像分析是继年轮X射线密度分析之后技术上的又一大进步。它以树木年轮对可见光的反射程度作为指标，研究指标变化与气候变化之间的关系。其物质基础是年轮细胞大小和细胞壁厚度受环境因子影响而显示的差异。由于细胞大小和细胞壁厚度会直接影响年轮灰度，从而可以从年轮灰度中提取气候变化信息。[3]
（四）利用树木年轮同位素研究历史气候
树木年轮稳定同位素研究是20世纪70年代末在国际上兴起的一个新领域。由于外界环境变化及植物生理过程对树木的影响，在树木与外界进行碳、氢、氧元素交换时，就会产生元素的同位素的分馏。研究表明稳定同位素与环境气象要素之间存在着密切的关系。[4]通过测定年轮中18O和16O以及13C的比值的变化，可以推测过去有确切年代的气象要素的变化。目前研究较多的是稳定13C同位素，但它与气温、降水的关系尚存在争议。
目前树木年轮学不仅用于气候序列的重建，还可以与较大范围地区多个气候变量或环流型联系起来，从而能够更全面地了解历史上气候空间变化的基本类型。在美国，布莱辛和弗里茨等人已成功地利用树木年轮资料年表制出1700—1899年北半球西北部的环流距平图。纽约哥伦比亚大学拉蒙特—多尔蒂地球观测所树轮实验室的科学家们关于亚洲气候动力学树轮重建5年计划的重要目标，就是要确定过去500—1000年来那些值得注意的气候变化对全球气候变化的驱动或调节作用。计划框架围绕与季风变化有关的3个气候变化特征即印度洋海水表面温度（SST）、热带太平洋海水表面温度（SST）以及青藏高原和欧亚北部大陆温度进行分析。[5]
二 生物学方法
（一）物候学方法
所谓物候学方法，就是利用物候学原理和古代物候资料建立历史时期物候序列，从而反映历史时期气候变化的方法。利用古代物候资料复原历史气候时必须注意以下问题：
第一，由于植物物候期的早晚主要受温度、日照长度等气候条件的影响，因此，历史时期植物物候的变化可以作为反映历史气候变化的直接材料，至于影响动物物候期的因素要比植物复杂得多，因此，在历史气候变化研究中动物物候证据只能作为旁证材料。
第二，历史气候变化研究中必须非常重视以下物候现象的统计特征。首先是植物物候现象的顺序性及物候倒置；其次是物候现象的同步性；第三是生物气候定律。
第三，利用古代物候资料时必须对资料进行仔细审核，内容包括品种的鉴别、观测标准的鉴定、地形条件的鉴定。
第四，在建立一个地方的单项物候序列时，可以用以下方法对失载或缺载现象进行插补，即利用一个地方已知的物候期求另一种植物物候期，或者根据一个地方物候推算另一个地方的物候期。
第五，由于引起植物二次开花、二次结实和竹子开花等异常物候现象的原因比较复杂，因此，只能作为反映气候异常的旁证。只有当两种以上植物同时出现开花，或多数枝条二次开花，或温带地区植物冬季二次开花，才能作为秋、冬气候异常温暖的证据。历史文献中有关竹子开花和结实的记载，只能作为气候干旱的旁证材料。
（二）生物学方法
所谓生物学方法，就是用具有气候指示意义的生物的变化来研究历史时期气候变化的方法。生物学方法在历史时期气候变化的研究中应用最为广泛，它包括生物品种界限的推移、生物群落的数量消长、生物品种受害次数和程度以及植物孢粉的比例等方法。
1.植物孢粉的方法。孢粉，指植物在繁殖期间撒播出的花粉（种子植物）和孢子（苔藓类、蕨类等）。所有散落到地表的孢粉，随着时间的流逝被一层层地埋藏在土层中。孢粉因其体积小、数量多、结构严密、形态各异，因此成为判断当时植被成分的可靠证据。孢粉分析几乎可以利用所有大陆沉积类型，但河床和泥炭层最为理想。孢粉分析结果常用百分数表示孢粉的成分。样品的孢粉成分称为“花粉谱”。由于受技术因素和诸多自然因素的影响，分析的孢粉成分并不等于植被成分。但花粉谱的变化仍然可以反映一个大区域内植被状况的变化。因此，孢粉分析在研究古代气候变化中仍然不失为一种重要的手段。
2.生物分布界限推移法。气候因子常常是影响生物分布界限的主要因子。因此，只要了解某一生物品种在历史上分布界限的推移，我们就可以推算出相应的气候因子的变迁。古代植物分布资料一部分来源于历史文献，一部分来源于古树桩，埋藏于土层中的树木枝叶、果实、植物花粉和植物硅酸体。动物分布资料来源于文献记载和动物的残骸。此外，在沿海地区也可以根据海洋生物古今分布界线的差异来推测气候变化。满志敏认为，利用生物分布界限推算当时的气候状况时，必须引入人类活动，按人类活动的方向和强度，生物分布可有自然分布型、经济分布型、观赏分布型和抑制分布型4种。经济分布型的分布地区比自然分布型大，观赏型生物的分布比经济型更偏北。抑制分布型比前3种均要小。[6]
3.数量消长的方法。一些生物的品种每年繁殖的数量随气候条件有很大变化，例如蝗虫、黏虫、螟虫等常常随气候干湿的变化而变化。其中尤以蝗虫大爆发与气候关系非常密切。在生物量消长的研究中也常常有用农作物收成丰歉程度推测气候变化的。
4.比值法。在某些情况下，生物数量消长不能客观地反映气候变化，这时常常可用比值法消除其他因素的影响。如美国考古学家和历史学家利用米尔河遗址中野牛骨头与鹿骨头比值表示这两种动物的消长，成功地复原了1100年前后该地区气候与植被的变化。[7]
5.综合指标方法。历史记载最大的缺点是记录不连续，因此，我们很难得到一个有关某一生物品种的生长状况、受灾程度等系列。在这种情况下，可以用其他指标衡量，补缺记、漏记年份，建立某一时期这一生物品种生长序列。
三 自然地理因子的方法
自然地理因子的方法指利用海平面升降、河流流量（或水位）变化、湖泊水位变化、水面结冰变化和大陆冰雪变化推测气候变化的方法。
四 同位素方法
同位素指原子核内质子数相同而中子数不等的一些原子。同位素分为稳定同位素和不稳定同位素（放射性同位素）。稳定同位素是不随时间变化而变化的，因此，如果我们可以测出过去各个时期中某种同位素含量，并确定温度与含量之间的相互关系，就可以推测物质形成时期的温度状况。目前，同位素法在以下五个方面取得了进展：一是利用海洋中有孔虫甲壳层中18O/16O比值测定古海水的温度；二是利用极冰冰芯中18O同位素组成的变推断冰原形成时期的温度状况；三是利用洞穴沉积中δ18O值的变化推测古温度，利用δ13C比值的变化示踪生态环境的变迁；[8]四是利用湖泊沉积中介形虫壳体的氧同位素恢复古湖泊水位波动和古气候变化；五是利用黄土中碳氧同位素作为气候代用指标研究古植被、降雨量、古季风演化。[9]
五 虫旱灾异年频数法
我国关于历史灾害的文献记录相当丰富，利用它可比较完整地统计出特定区域、特定时段里（如10年）灾年出现的次数，即所谓的灾年频数。用L（Locust）、D（Drought）分别表示虫灾年频数和旱灾年频数，则LUD就表示虫旱灾异年频数。李钢等人利用陕西过去450年（1501—1950年）的虫、旱灾年记录，通过分析比较，选取10年尺度上的历史虫旱灾异年频数（LUD）对陕西过去450年气候干湿变化作了重建，发现1501—1550年气候偏干；1551—1630年气候偏湿；1631—1710年气候偏干；1711—1800年气候偏湿；1801—1950年气候偏干。此外，在最后一个阶段偏干阶段出现1825—1840年的气候偏湿时段，这可能与此前印度尼西亚火山爆发有关。重建结果与陕西内外的冰芯、树轮等代用资料的良好对比表明：10年尺度上的历史虫旱灾异年频数是研究陕西历史气候干湿变化的一种合理可靠、客观有效的气候重建代用指标。应在其他地区做更深入的实验研究。[10]
六 历史时期各种气候证据的断代方法
所谓断代是指确定历史上各种事件发生的年代。断代技术虽然并不能直接提供气候变化的证据，但这一工作对古气候研究是极为重要的。历史时期气候证据的断代方法包括历史文献气候记载的断代方法、14C断代方法、树木年轮断代方法、季候泥断代方法、冰层断代方法、地衣测量断代方法、花粉断代方法和考古断代方法。
[1] 王婷、于丹、李江风、马克平：《树木年轮宽度与气候变化关系研究进展》，《植物生态学报》2003年第1期。
[2] 吴祥定、邵雪梅：《中国秦岭地区树木年轮密度对气候响应的初步分析》，《应用气象学报》1994年第2期。
[3] 刘洪滨、吴祥定、邵雪梅：《采用树轮图像分析方法研究历史时期气候变化的可行性》，《地理研究》1996年第2期。
[4] 范玮熠、王孝安：《树木年轮稳定碳同位素与气候变化的关系研究进展》，《陕西师范大学学报》（自然科学版）2004年增刊第2期。
[5] 《利用树轮年代研究亚洲季风气候动力学的进展》，《海洋地质与第四纪地质》2007年第1期，摘译自Pages News2006年第2期，第10—11页。
[6] 张丕远主编：《中国历史气候变化》，山东科学技术出版社1996年版，第204—206页。
[7] 龚高法、张丕远、吴祥定、张瑾瑢编著：《历史时期气候变化研究方法》，科学出版社1983年版，第192页。
[8] 刘启明、王世杰、欧阳自远：《全球变化研究中的洞穴化学沉积物》，《地学前缘》2003年第2期。
[9] 王丽、汪勇、王建力：《氧同位素在高分辨率古气候研究中的应用探讨》，《江苏地质》2005年1期。
[10] 李钢、王乃昂、王海、程弘毅、郭坚：《虫旱灾异年频数：一种揭示历史气候变化的新指标》，载陕西师范大学西北环发中心编《历史环境与文明演进——2004年历史地理国际学术研讨论文集》，商务印书馆2005年版，第89—99页。