郭正堂1 任小波2 吕厚远1 高 星3 刘 武3 吴海斌1 张春霞1 张健平11 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 1000292 中国科学院重大科技任务局 北京 1008643 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所 北京 100044摘要 在当前全球气候变化背景下，中科院战略性先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”之“影响与适应任务群”主要以全新世大暖期为“相似型”，研究全球平均增温约 1o C —2o C 情形下的我国环境格局及其对陆地生态系统的可能影响，为人类适应提供自然背景及参照；探讨过去不同气候环境背景下人类的适应方式，揭示人类适应气候变化的规律和模式，为未来人类如何适应气候变化提供启示。

通过近 5 年的工作，在自然背景研究方面，揭示出目前的全球增温有自然变暖的周期背景，且不同尺度的增温总体有利于我国季风区降水增加，导致森林面积扩大，我国北方沙漠区收缩，陆地生态系统碳储量增加。

在人类起源与适应研究方面，获得了东亚地区现代人起源和迁徙的新证据，揭示出过去的气候变暖促进了农作物的栽培与驯化。

8 ka BP —6 ka BP ，稻作和旱作农业在空间上显著扩展，农业技术的进步促使史前人类在青藏高原大规模定居。

一般情况下，过去寒冷的气候条件限制了人口发展，而相对暖湿的气候有利于人口的增加和文化的发展。

研究同时显示，近70年来我国海岸带陆地面积由于人类活动加剧而增加近 14 200 km 2。

未来工作应加强高分辨率气候变化历史的定量重建，加强气候-环境-人类活动相互作用的机制等研究。

关键词 全新世大暖期，环境格局，人类活动DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.01.0161 研究背景在 CO 2 浓度持续增加的背景下，全球气候变化问题已受到世界各国政府、科学界和社会公众的广泛关注。

它可能引发的一系列生态环境后果、温室气体减排压力和利益冲突等，*资助项目:中科院战略性先导科技专项项目（XDA0512 0000、XDA05130000）修改稿收到日期：2015年12月25日过去2万年以来气候变化的影响与人类适应——中国科学院战略性先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”之影响与适应任务群研究进展*中国科学院战略性先导科技专项进展Progress on CAS Strategic Priority Research Program143院刊均有可能对人类社会的可持续发展构成威胁。

世界各国政府对此高度重视，投入空前的力量开展应对全球气候变化与人类影响和适应研究。

在应对全球气候变化面临的一系列核心科学问题中，理解气候变化的机制、准确评价气候变化的影响，是趋利避害、采取应对措施的科学基础。

由于人类目前只掌握 100 多年的器测记录，难以捕获气候系统的全部变率；对气候变化因素和机制的全面理解，需研究更长时间尺度的气候变化历史。

评估气候变化的后果，关键之一是理解全球温度变化和 CO 2 浓度变化对生态环境的影响；了解过去生态系统和环境要素对气候变化的响应，可为理解未来的变化提供真实参照。

约2万年以来，全球气候经历了从末次冰盛期到全新世大暖期的大幅度增温和后续的总体降温趋势。

大气温室气体浓度也经历了较大幅度的波动。

在这个大背景下，人类社会先后经历了原始采集、渔猎、农业经济的发展模式，促进了人类社会物质-精神文明发展的进程。

这些发生在地质历史时期的气候环境变化、影响与适应过程，无疑为深入理解气候变化的机制，揭示不同速率和幅度的气候变化对生态环境的影响提供了理想的研究场景，亦可为研究人类对未来气候变化的适应提供历史借鉴。

2011 年中科院启动实施的“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”战略性先导科技专项中“影响与适应任务群”（以下简称“任务群”），包含“大暖期环境格局”和“气候变化背景下人类适应方式” 2 个项目。

前者以全新世大暖期为“相似型”，研究过去全球平均温度增加约 1o C —2o C 情形下我国环境格局及其对陆地生态系统的可能影响，为人类适应研究提供自然环境背景及参照，后者通过对不同气候环境背景下人类演化和适应方式的研究，探讨人类适应气候变化的规律和模式，为未来人类如何适应气候变化提供启示。

任务群执行 5 年来，基于对多种高精度地质-生物记录和人类遗存的分析，在全球温度变化对东亚季风气候变化的影响和机制、生态环境格局变化历史、人类演化与农业起源等方面取得一批新成果，对气候变化影响评估具有重要参考价值。

2 任务群的研究目标和研究内容2.1 研究目标大暖期环境格局研究总体目标。

通过对全国尺度的、不同地质记录的研究，结合数值模拟：（1）重建全新世中期（6±0.5 ka BP ，全球温度最高的时期）我国的植被、沙漠、冻土、海岸线和水热格局；在地质记录允许的区域，重建末次盛冰期（21±2 ka BP ，全球温度最低的时期）包含上述要素的环境格局。

（2）揭示快速增温过程对生物多样性的影响；比较植物、湖泊代表性水生生物、黄土区有特色的陆生软体动物和小哺乳动物在盛冰期和大暖期的多样性特征。

（3）估算上述两个时期我国陆地生态系统碳密度和碳储量及空间变化。

（4）评估全球增温 1o C —2o C 对我国环境格局的影响和该场景下我国陆地生态系统的碳汇潜力。

气候变化背景下人类适应方式研究总体目标。

（1）针对中国现代人起源提出有说服力的理论观点和证据。

（2）揭示中国旱作-稻作农业起源、驯化、传播的时间、空间过程。

（3）揭示现代人演化-迁移、农业起源和传播与气候变化-文化发展的关系。

（4）揭示中国百年来气候变化和人类技术进步对典型区域农、牧、渔业生产发展的影响，评估未来50年气候变化不同场景下的适应对策。

2.2 研究内容大暖期环境格局研究。

以 6 000 年前的大暖期为主、21 000 年前的冰盛期为辅，在集成原有数据的基础上：（1）在数据空白和薄弱区新增约 40 个沉积记录点位，通过孢粉分析、高精度年代测定和植被群区化研究，绘制全国古植被图，研究不同速率的增温/降温过程中植物多样性的变化；通过有机和无机碳同位素分析绘制 C3/C4 植物比例等值线图。

（2）依据孢粉和同位素证据、转换函数和植被反演模型手段实现古气候参数定量估算，绘制温度、降水等值线图。

（3）基于相关沉积序列1442016年 . 第31卷 . 第 1 期的沉积-生物指标和年代学研究绘制沙漠格局图，确定固定沙区的植被类型；根据古冻土遗迹的年代学研究，确定冻土类型及其分布。

（4）基于对古海岸线证据及其时空分布研究，确定精确的海岸线位置。

（5）根据古植被图、植被-土壤碳密度关系研究、碳循环模型和湖泊湿地碳储量估算的集成，获取陆地生态系统碳密度和碳储量分布图。

（6）针对不同记录，开展 102—101 年级分辨率的研究，重建典型水生生物（硅藻）、陆生软体动物和小哺乳动物在不同温度场景和变化速率下的生物多样性特征。

（7）通过地质-生物证据与数值模拟结合，评估全球增温 1o C —2o C 对我国环境格局的影响和陆地生态系统的碳汇潜力，揭示全球温度变化对亚洲季风环境和生物多样性的影响与机制。

气候变化背景下人类适应方式研究。

以我国北方黄河流域和南方长江流域为重点研究区，利用黄土-古土壤地层的可靠年代框架以及长江中下游自然沉积和文化层丰富的优势，以及近百年来我国典型区域（东北、青藏、北方典型海岸带）社会、经济、生态发展的实践、观察、研究资料，开展 3 个方向 7 个方面的研究工作。

（1）渔猎-采集时期的人类适应研究方向：现代人类体质特征演化与环境关系研究、华北晚更新世人群应对环境变化的时序性行为与技术演化研究、晚更新世人类食物获取与“广谱革命”研究。

（2）农业文明时期的人类适应研究方向：考古遗存典型农作物-野生植物鉴定方法学研究、长江流域稻作农业起源与传播、黄河流域旱作农业起源与传播。

（3）过去百年增温背景下的人类适应研究方向：过去百年来人类适应过程和未来适应对策，具体包括东北地区农业适应、青藏高原牧业适应和海岸带变化的适应。

3 任务群主要研究进展3.1 全球温度变化对我国季风气候的影响全球温度变化对我国季风气候的影响是受到普遍关注的问题。

任务群针对轨道时间尺度上亚洲季风变化机制的争议，系统研究了我国季风区不同纬度高分辨率的湖泊、黄土和沙漠等记录，重建了季风区干湿变化的时空历史，揭示出末次盛冰期以来我国季风降水呈现“两步增加”的特征[1,2]；结合全球数据集成研究，提出轨道尺度的季风变化包括低纬日照量分量（南北两半球反相位）[3]和冰期-间冰期分量（南北两半球同相位）[4]的认识，后者亦受两极冰盖不对称演化的影响[4]。

该观点能够较合理地解释我国不同地区环境变化的纬度差异，亦可解释有争议的季风与岁差的相位关系问题。

进一步研究显示，轨道参数配置相关的两极冰盖不对称演化可能有利于当前北半球温暖间冰期气候的持续[4]。

研究同时显示，近百年来的全球气候变暖，正好叠加在气候自然变率的一个暖相位上，它开始于 19 世纪 30 年代，持续约 170 年，很可能在未来几十年后结束，进入一个约 250 年的冷相位[5]。

研究结果显示，目前的气候变暖中有自然变暖的周期背景，自然变率的影响和贡献应当给予更多的研究。

在气候格局方面，定量化重建了全新世大暖期我国的温度、降水和有效湿度等要素的空间变化特征，揭示出全新世大暖期我国年降水量整体要比现在的高（图 1），东部季风区增加显著，主要是夏季降水导致[6]；夏季风雨带向西北方向显著推进[7]。

全新世中期的年均温在我国中部和南部比现代略低，最冷月温度降低显著；东北和青藏图1 全新世中期年均降雨量相对于工业化革命前的变化（基于36个大气动力模式模拟结果，等值线单位：mm/d ）；其中，填色区为模式之间的一致性指数（单位：%），绝对值越大表示一致性越高（据文献[6]改绘）145院刊高原年均温比现在高。

全球多模式模拟表明，上述季风气候变化主要由地球轨道参数变化引起的北半球太阳辐射变化所导致，大气温室气体浓度的作用相对较弱，气候系统内部的海洋和植被反馈作用起到了一定的调节作用[6]。

据此推测全球持续增温，季风雨带在长时间尺度上会导致季风雨带向北推进，导致我国北方的降水增加[7]。

3.2 全新世大暖期的中国植被在原有我国第四纪孢粉数据库生物群区化方案的基础上，根据我国季风区植被类型和气候特征，建立了新的植物群区化方案，能更加准确地反映我国植被类型及其空间变化。

基于新完善的第四纪孢粉数据库，实现了我国末次冰盛期以来植被类型的时空变化重建，揭示出全新世大暖期，我国东部不同森林类型向北扩张，草原植被向西北扩张[8]，青藏高原的冻原大面积退缩[9]。