本文關(guān)鍵詞：更新世東亞人群連續(xù)演化的考古證據(jù)及相關(guān)問題論述，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

文章信息 郭正堂, 任小波, 呂厚遠(yuǎn), 高星, 劉武, 吳海斌, 張春霞, 張健平 Guo Zhengtang, Ren Xiaobo, Lu Houyuan, Gao Xing, Liu Wu, Wu Haibin, Zhang Chunxia, Zhang Jianping 過去2萬年以來氣候變化的影響與人類適應(yīng)——中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”之影響與適應(yīng)任務(wù)群研究進(jìn)展 Effect of Paleoclimate Changes and Human Adaptation —Progress on “Impact and Adaptation” Group of CAS Strategic Priority Research Program “Climate Change: Carbon Budget and Relevant Issues” 中國科學(xué)院院刊, 2016, 31(1): 142-151 Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2016, 31(1): 142-151 文章歷史 修改稿收到日期：2015年12月25日

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引用本文           

郭正堂, 任小波, 呂厚遠(yuǎn), 高星, 劉武, 吳海斌, 張春霞, 張健平. 過去2萬年以來氣候變化的影響與人類適應(yīng)——中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”之影響與適應(yīng)任務(wù)群研究進(jìn)展[J]. 中國科學(xué)院院刊, 2016, 31(1): 142-151

Guo Zhengtang, Ren Xiaobo, Lu Houyuan, Gao Xing, Liu Wu, Wu Haibin, Zhang Chunxia, Zhang Jianping. Effect of Paleoclimate Changes and Human Adaptation —Progress on “Impact and Adaptation” Group of CAS Strategic Priority Research Program “Climate Change: Carbon Budget and Relevant Issues”[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2016, 31(1): 142-151

過去2萬年以來氣候變化的影響與人類適應(yīng)——中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”之影響與適應(yīng)任務(wù)群研究進(jìn)展

郭正堂1

, 任小波2, 呂厚遠(yuǎn)1, 高星3, 劉武3, 吳海斌1, 張春霞1, 張健平1     

1 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京 100029;
2 中國科學(xué)院重大科技任務(wù)局 北京 100864;
3 中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所 北京 100044

修改稿收到日期: 2015年12月25日

基金項(xiàng)目: 中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目(XDA05120000、XDA05130000).

作者簡介: 郭正堂 中科院院士,中科院地質(zhì)與地球物理所研究員�！皯�(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“影響與適應(yīng)”任務(wù)群首席科學(xué)家�，F(xiàn)任中國科學(xué)院大學(xué)副校長,全球變化中國委員會(huì)古全球變化工作組組長,國際第四紀(jì)研究聯(lián)合會(huì)(INQUA)副主席,中國第四紀(jì)研究委員會(huì)副主任委員、黃土專業(yè)委員會(huì)主任,《中國科學(xué):地球科學(xué)》副主編、“Global and Planetary Change”編委。主要從事新生代地質(zhì)與古氣候研究,在風(fēng)塵沉積地層學(xué)、古土壤與古環(huán)境等方面取得了系統(tǒng)的學(xué)術(shù)成果,在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和文集發(fā)表論文160余篇,論文被引用3000余次;研究成果獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。 E-mail:ztguo@mail.iggcas.ac.cn

摘要：在當(dāng)前全球氣候變化背景下,中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”之“影響與適應(yīng)任務(wù)群”主要以全新世大暖期為“相似型”,研究全球平均增溫約 1℃—2℃ 情形下的我國環(huán)境格局及其對陸地生態(tài)系統(tǒng)的可能影響,為人類適應(yīng)提供自然背景及參照;探討過去不同氣候環(huán)境背景下人類的適應(yīng)方式,揭示人類適應(yīng)氣候變化的規(guī)律和模式,為未來人類如何適應(yīng)氣候變化提供啟示。通過近 5 年的工作,在自然背景研究方面,揭示出目前的全球增溫有自然變暖的周期背景,且不同尺度的增溫總體有利于我國季風(fēng)區(qū)降水增加,導(dǎo)致森林面積擴(kuò)大,我國北方沙漠區(qū)收縮,陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量增加。在人類起源與適應(yīng)研究方面,獲得了東亞地區(qū)現(xiàn)代人起源和遷徙的新證據(jù),揭示出過去的氣候變暖促進(jìn)了農(nóng)作物的栽培與馴化。8 ka BP—6 ka BP,稻作和旱作農(nóng)業(yè)在空間上顯著擴(kuò)展,農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步促使史前人類在青藏高原大規(guī)模定居。一般情況下,過去寒冷的氣候條件限制了人口發(fā)展,而相對暖濕的氣候有利于人口的增加和文化的發(fā)展。研究同時(shí)顯示,近70年來我國海岸帶陸地面積由于人類活動(dòng)加劇而增加近 14 200 km2。未來工作應(yīng)加強(qiáng)高分辨率氣候變化歷史的定量重建,加強(qiáng)氣候-環(huán)境-人類活動(dòng)相互作用的機(jī)制等研究。

關(guān)鍵詞： 全新世大暖期     環(huán)境格局     人類活動(dòng)    

Effect of Paleoclimate Changes and Human Adaptation —Progress on “Impact and Adaptation” Group of CAS Strategic Priority Research Program “Climate Change: Carbon Budget and Relevant Issues”

Guo Zhengtang1

, Ren Xiaobo2, Lu Houyuan1, Gao Xing3, Liu Wu3, Wu Haibin1, Zhang Chunxia1, Zhang Jianping1     

1 Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Science, Beijing 100029, China;
2 Bureau of Major R&D Programs, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, China;
3 Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, Chinese Academy of Science, Beijing 100044, China

Author: Guo Zhengtang Academician of Chinese Academy of Sciences（CAS）, Professor. Professor Guo is the chief scientist of the“Impact and Adaptation”task group of CAS Strategic Priority Research Program“Climate Change: Carbon Budget and Relevant Issues”. He is the Deputy Director of the University of Chinese Academy of Sciences, Chair of the PAGES Working Group, Vice President of the International Union for Quaternary Research（INQUA）, Chair of the Loess Commission of Chinese Association for Quaternary Research（CHIQUA）, Associate Editor-in-Chief of Science China: Earth Science, and Editor of Global and Planetary Change. His research interests focus on Quaternary/Cenozoic geology, paleoclimatology, paleopedology, and biogeochemistry. He has authored over 160 publications, and won the 2nd class of National Natural Science Awards. E-mail: ztguo@mail.iggcas.ac.cn

Abstract:The response of environmental change and human adaptation to global climate changes, as well as their role in climate, has been a subject of much debate. The motivation for the“Impact and Adaptation” task group of CAS Strategic Priority Research Program“Climate Change: Carbon Budget and Relevant Issues”, originated in understanding the climate of the Holocene Megathermal period—an epoch that many consider as “the closest analogue” to future greenhouse conditions with global temperature increasing by 1-2°C. The core issues of the project are to evaluate the effect of the past warming climate on the environmental pattern and terrestrial ecosystems in China, which provided the natural background for human adaptation. This is combined with exploring the how humans adapted to different climatic and environmental conditions, offering a potential future analogue for climate changes impact humans. During the last five years, our project revealed the current global warming has a natural warming cycle background and that global warming at different scales favors an increase in monsoonal rainfall, resulting in the expansion of forested areas, contraction of the deserts in north China, and increasing carbon storage in terrestrial ecosystems. In the study of human genesis and adaptation, our project has obtained new evidence for the origin and migration of Homo Sapiens in East Asia and demonstrated that the cultivation and domestication of crops was facilitated by past climate warming. During the Holocene Megathermal period, the spatial distribution of rice and millet agriculture expanded remarkably, and the advances of agricultural technology facilitated permanent human occupation of the Tibetan Plateau. In general, past climate cooling limited population size, and mild climates spurred the growth in prehistoric populations and advances in human cultures. We also found that the land area of coastal zones in China have increased nearly 14 200 km2 in the last 70 years, which resulted from the intensified human activities. In future work, we will focus on the quantitative reconstruction of high-resolution paleoclimate changes, and investigate the mechanisms of interactions between climate, environment, and human activities.

Key words: Holocene Megathermal Period     environmental pattern     human activity    

1 研究背景

在 CO2 濃度持續(xù)增加的背景下，全球氣候變化問題已受到世界各國政府、科學(xué)界和社會(huì)公眾的廣泛關(guān)注。它可能引發(fā)的一系列生態(tài)環(huán)境后果、溫室氣體減排壓力和利益沖突等，均有可能對人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。世界各國政府對此高度重視，投入空前的力量開展應(yīng)對全球氣候變化與人類影響和適應(yīng)研究。

在應(yīng)對全球氣候變化面臨的一系列核心科學(xué)問題中，理解氣候變化的機(jī)制、準(zhǔn)確評價(jià)氣候變化的影響，是趨利避害、采取應(yīng)對措施的科學(xué)基礎(chǔ)。由于人類目前只掌握 100 多年的器測記錄，難以捕獲氣候系統(tǒng)的全部變率；對氣候變化因素和機(jī)制的全面理解，，需研究更長時(shí)間尺度的氣候變化歷史。評估氣候變化的后果，關(guān)鍵之一是理解全球溫度變化和 CO2 濃度變化對生態(tài)環(huán)境的影響；了解過去生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境要素對氣候變化的響應(yīng)，可為理解未來的變化提供真實(shí)參照。

約2萬年以來，全球氣候經(jīng)歷了從末次冰盛期到全新世大暖期的大幅度增溫和后續(xù)的總體降溫趨勢。大氣溫室氣體濃度也經(jīng)歷了較大幅度的波動(dòng)。在這個(gè)大背景下，人類社會(huì)先后經(jīng)歷了原始采集、漁獵、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式，促進(jìn)了人類社會(huì)物質(zhì)-精神文明發(fā)展的進(jìn)程。這些發(fā)生在地質(zhì)歷史時(shí)期的氣候環(huán)境變化、影響與適應(yīng)過程，無疑為深入理解氣候變化的機(jī)制，揭示不同速率和幅度的氣候變化對生態(tài)環(huán)境的影響提供了理想的研究場景，亦可為研究人類對未來氣候變化的適應(yīng)提供歷史借鑒。

2011 年中科院啟動(dòng)實(shí)施的“應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)中“影響與適應(yīng)任務(wù)群”（以下簡稱“任務(wù)群”），包含“大暖期環(huán)境格局”和“氣候變化背景下人類適應(yīng)方式” 2 個(gè)項(xiàng)目。 前者以全新世大暖期為“相似型”，研究過去全球平均溫度增加約 1℃—2℃ 情形下我國環(huán)境格局及其對陸地生態(tài)系統(tǒng)的可能影響，為人類適應(yīng)研究提供自然環(huán)境背景及參照，后者通過對不同氣候環(huán)境背景下人類演化和適應(yīng)方式的研究，探討人類適應(yīng)氣候變化的規(guī)律和模式，為未來人類如何適應(yīng)氣候變化提供啟示。

任務(wù)群執(zhí)行 5 年來，基于對多種高精度地質(zhì)-生物記錄和人類遺存的分析，在全球溫度變化對東亞季風(fēng)氣候變化的影響和機(jī)制、生態(tài)環(huán)境格局變化歷史、人類演化與農(nóng)業(yè)起源等方面取得一批新成果，對氣候變化影響評估具有重要參考價(jià)值。

2 任務(wù)群的研究目標(biāo)和研究內(nèi)容 2.1 研究目標(biāo)

大暖期環(huán)境格局研究總體目標(biāo)。通過對全國尺度的、不同地質(zhì)記錄的研究，結(jié)合數(shù)值模擬：（1）重建全新世中期（6±0.5 ka BP，全球溫度最高的時(shí)期）我國的植被、沙漠、凍土、海岸線和水熱格局；在地質(zhì)記錄允許的區(qū)域，重建末次盛冰期（21±2 ka BP，全球溫度最低的時(shí)期）包含上述要素的環(huán)境格局。（2）揭示快速增溫過程對生物多樣性的影響；比較植物、湖泊代表性水生生物、黃土區(qū)有特色的陸生軟體動(dòng)物和小哺乳動(dòng)物在盛冰期和大暖期的多樣性特征。（3）估算上述兩個(gè)時(shí)期我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳密度和碳儲量及空間變化。（4）評估全球增溫 1℃—2℃ 對我國環(huán)境格局的影響和該場景下我國陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛力。

氣候變化背景下人類適應(yīng)方式研究總體目標(biāo)。（1） 針對中國現(xiàn)代人起源提出有說服力的理論觀點(diǎn)和證據(jù)。 （2）揭示中國旱作-稻作農(nóng)業(yè)起源、馴化、傳播的時(shí)間、 空間過程。（3）揭示現(xiàn)代人演化-遷移、農(nóng)業(yè)起源和傳播與氣候變化-文化發(fā)展的關(guān)系。（4）揭示中國百年來氣候變化和人類技術(shù)進(jìn)步對典型區(qū)域農(nóng)、牧、漁業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的影響，評估未來50年氣候變化不同場景下的適應(yīng)對策。

2.2 研究內(nèi)容

大暖期環(huán)境格局研究。以 6 000 年前的大暖期為主、 21 000 年前的冰盛期為輔，在集成原有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上： （1）在數(shù)據(jù)空白和薄弱區(qū)新增約 40 個(gè)沉積記錄點(diǎn)位，通過孢粉分析、高精度年代測定和植被群區(qū)化研究，繪制全國古植被圖，研究不同速率的增溫/降溫過程中植物多樣性的變化；通過有機(jī)和無機(jī)碳同位素分析繪制 C3/ C4 植物比例等值線圖。（2）依據(jù)孢粉和同位素證據(jù)、 轉(zhuǎn)換函數(shù)和植被反演模型手段實(shí)現(xiàn)古氣候參數(shù)定量估算，繪制溫度、降水等值線圖。（3）基于相關(guān)沉積序列的沉積-生物指標(biāo)和年代學(xué)研究繪制沙漠格局圖，確定固定沙區(qū)的植被類型；根據(jù)古凍土遺跡的年代學(xué)研究，確定凍土類型及其分布。（4）基于對古海岸線證據(jù)及其時(shí)空分布研究，確定精確的海岸線位置。（5）根據(jù)古植被圖、植被-土壤碳密度關(guān)系研究、碳循環(huán)模型和湖泊濕地碳儲量估算的集成，獲取陸地生態(tài)系統(tǒng)碳密度和碳儲量分布圖。（6）針對不同記錄，開展 102—101 年級分辨率的研究，重建典型水生生物（硅藻）、陸生軟體動(dòng)物和小哺乳動(dòng)物在不同溫度場景和變化速率下的生物多樣性特征。（7）通過地質(zhì)-生物證據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)合，評估全球增溫 1℃—2℃ 對我國環(huán)境格局的影響和陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛力，揭示全球溫度變化對亞洲季風(fēng)環(huán)境和生物多樣性的影響與機(jī)制。

氣候變化背景下人類適應(yīng)方式研究。以我國北方黃河流域和南方長江流域?yàn)橹攸c(diǎn)研究區(qū)，利用黃土-古土壤地層的可靠年代框架以及長江中下游自然沉積和文化層豐富的優(yōu)勢，以及近百年來我國典型區(qū)域（東北、青藏、北方典型海岸帶）社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)發(fā)展的實(shí)踐、觀察、研究資料，開展 3 個(gè)方向 7 個(gè)方面的研究工作。（1）漁獵-采集時(shí)期的人類適應(yīng)研究方向：現(xiàn)代人類體質(zhì)特征演化與環(huán)境關(guān)系研究、華北晚更新世人群應(yīng)對環(huán)境變化的時(shí)序性行為與技術(shù)演化研究、晚更新世人類食物獲取與“廣譜革命”研究。（2）農(nóng)業(yè)文明時(shí)期的人類適應(yīng)研究方向： 考古遺存典型農(nóng)作物-野生植物鑒定方法學(xué)研究、長江流域稻作農(nóng)業(yè)起源與傳播、黃河流域旱作農(nóng)業(yè)起源與傳播。 （3）過去百年增溫背景下的人類適應(yīng)研究方向：過去百年來人類適應(yīng)過程和未來適應(yīng)對策，具體包括東北地區(qū)農(nóng)業(yè)適應(yīng)、青藏高原牧業(yè)適應(yīng)和海岸帶變化的適應(yīng)。

3 任務(wù)群主要研究進(jìn)展 3.1 全球溫度變化對我國季風(fēng)氣候的影響

全球溫度變化對我國季風(fēng)氣候的影響是受到普遍關(guān)注的問題。任務(wù)群針對軌道時(shí)間尺度上亞洲季風(fēng)變化機(jī)制的爭議，系統(tǒng)研究了我國季風(fēng)區(qū)不同緯度高分辨率的湖泊、黃土和沙漠等記錄，重建了季風(fēng)區(qū)干濕變化的時(shí)空歷史，揭示出末次盛冰期以來我國季風(fēng)降水呈現(xiàn)“兩步增加”的特征[, ]；結(jié)合全球數(shù)據(jù)集成研究，提出軌道尺度的季風(fēng)變化包括低緯日照量分量（南北兩半球反相位）[] 和冰期-間冰期分量（南北兩半球同相位）[]的認(rèn)識，后者亦受兩極冰蓋不對稱演化的影響[]。該觀點(diǎn)能夠較合理地解釋我國不同地區(qū)環(huán)境變化的緯度差異，亦可解釋有爭議的季風(fēng)與歲差的相位關(guān)系問題。進(jìn)一步研究顯示，軌道參數(shù)配置相關(guān)的兩極冰蓋不對稱演化可能有利于當(dāng)前北半球溫暖間冰期氣候的持續(xù)[]。研究同時(shí)顯示，近百年來的全球氣候變暖，正好疊加在氣候自然變率的一個(gè)暖相位上，它開始于 19 世紀(jì) 30 年代，持續(xù)約 170 年，很可能在未來幾十年后結(jié)束，進(jìn)入一個(gè)約 250 年的冷相位[]。研究結(jié)果顯示，目前的氣候變暖中有自然變暖的周期背景，自然變率的影響和貢獻(xiàn)應(yīng)當(dāng)給予更多的研究。

在氣候格局方面，定量化重建了全新世大暖期我國的溫度、降水和有效濕度等要素的空間變化特征，揭示出全新世大暖期我國年降水量整體要比現(xiàn)在的高（圖 1），東部季風(fēng)區(qū)增加顯著，主要是夏季降水導(dǎo)致[]；夏季風(fēng)雨帶向西北方向顯著推進(jìn)[]。全新世中期的年均溫在我國中部和南部比現(xiàn)代略低，最冷月溫度降低顯著；東北和青藏高原年均溫比現(xiàn)在高。全球多模式模擬表明，上述季風(fēng)氣候變化主要由地球軌道參數(shù)變化引起的北半球太陽輻射變化所導(dǎo)致，大氣溫室氣體濃度的作用相對較弱，氣候系統(tǒng)內(nèi)部的海洋和植被反饋?zhàn)饔闷鸬搅艘欢ǖ恼{(diào)節(jié)作用[]。據(jù)此推測全球持續(xù)增溫，季風(fēng)雨帶在長時(shí)間尺度上會(huì)導(dǎo)致季風(fēng)雨帶向北推進(jìn)，導(dǎo)致我國北方的降水增加[]。

圖 1 全新世中期年均降雨量相對于工業(yè)化革命前的變化（基于36 個(gè)大氣動(dòng)力模式模擬結(jié)果，等值線單位：mm/d）；其中，填色區(qū)為模式之間的一致性指數(shù)（單位：%），絕對值越大表示一致性越高（據(jù)文獻(xiàn)[]改繪）

3.2 全新世大暖期的中國植被

在原有我國第四紀(jì)孢粉數(shù)據(jù)庫生物群區(qū)化方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國季風(fēng)區(qū)植被類型和氣候特征，建立了新的植物群區(qū)化方案，能更加準(zhǔn)確地反映我國植被類型及其空間變化�；谛峦晟频牡谒募o(jì)孢粉數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了我國末次冰盛期以來植被類型的時(shí)空變化重建，揭示出全新世大暖期，我國東部不同森林類型向北擴(kuò)張，草原植被向西北擴(kuò)張[]，青藏高原的凍原大面積退縮[]。與此相對應(yīng)，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫比現(xiàn)代自然狀態(tài)高約 10PgC（1Pg =1015g），湖泊碳埋藏速率比現(xiàn)在高[]，表現(xiàn)出溫度升高和降水增加將會(huì)導(dǎo)致我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫增加。

在上述基礎(chǔ)上，重點(diǎn)加強(qiáng)了干旱-半干旱區(qū)不同地貌條件下生態(tài)系統(tǒng)變化研究，揭示出全新世黃土高原塬面上的地帶性植被一直以草原類型為主[]，全新世大暖期植物多樣性增加，C4 植物向西北顯著擴(kuò)張[]（圖 2）；森林植被主要分布于山地和溝谷地區(qū)[]。從古植被演化歷史來看，黃土高原生態(tài)恢復(fù)可能以禾本科和菊科草的種植為宜[]。

圖 2 末次冰盛期（LGM）和全新世中期（Mid-Holocene）C4 生物量等值線（10%—20%）位置變化，從末次冰盛期至全新世，夏季風(fēng)雨帶向西北方向至少推進(jìn)了300 km（據(jù)文獻(xiàn) [] 改繪）

3.3 全新世大暖期的中國沙漠和沙地

基于批量年代、大量點(diǎn)位的沉積相和古植被記錄，揭示出末次冰盛期以來隨著溫度的升高，沙漠區(qū)逐步變濕，8 ka BP—5 ka BP 沙漠區(qū)最為濕潤，之后沙漠再次擴(kuò)張，尤其在 4 ka BP 前后，沙漠?dāng)U張加劇、植被退化，進(jìn)而發(fā)展到現(xiàn)在的狀態(tài)[, ]。在空間格局上，全新世大暖期沙漠和沙地土壤類型和植被覆蓋度發(fā)生了顯著變化 （圖 3），我國東部的毛烏素、渾善達(dá)克、科爾沁、呼倫貝爾沙地等均被砂質(zhì)土壤（黑壚土和沼澤土等）覆蓋，流動(dòng)沙丘基本被干草原所固定；而西部的塔克拉瑪干、庫姆塔格和巴丹吉林沙漠周邊有 5%—20% 的面積被砂質(zhì)黃土覆蓋，沙漠中仍然有廣泛分布的流動(dòng)沙丘[]。上述變化具有顯著的區(qū)域差異，即季風(fēng)氣候影響的東部沙地變化明顯，干旱的西北沙漠變化較小。季風(fēng)降雨量直接相關(guān)的總有機(jī)質(zhì)含量、總有機(jī)質(zhì)碳穩(wěn)定同位素和磁化率等指標(biāo)顯示北方沙地的濕度在 8 ka BP—5 ka BP 間的全新世大暖期達(dá)到峰值[, , ]，可歸因于溫度增高驅(qū)動(dòng)季風(fēng)降水帶北移[, , ]。

圖 3 全新世大暖期和末次盛冰期中國沙漠/ 沙地的土壤、植被分布對比（據(jù)文獻(xiàn)[, , ]改繪）

3.4 中國地區(qū)現(xiàn)代人起源

人類起源與演化一直是國際生命科學(xué)和地球科學(xué)研究的焦點(diǎn)。西方學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為現(xiàn)代人起源于非洲，即 “出自非洲說”；盡管我國學(xué)者提出“連續(xù)進(jìn)化附帶雜交”假說[]，因證據(jù)缺乏未能對西方主流觀點(diǎn)形成強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。近 5 年來，通過對古人類遺址的調(diào)查發(fā)掘、 考古學(xué)研究、古人類化石形態(tài)和古 DNA 分析等，在東亞地區(qū)古人類演化及現(xiàn)代人起源方面取得了重要發(fā)現(xiàn)和研究進(jìn)展。

通過對湖南省道縣福巖洞人類牙齒化石的系統(tǒng)發(fā)掘 （圖 4），發(fā)現(xiàn)了東亞地區(qū)最早的現(xiàn)代人[]，揭示出在距今 8萬—12 萬年間，現(xiàn)代智人在我國南部就已出現(xiàn)，比歐洲和西亞早至少 3.5 萬—7.5 萬年，指示華南可能是東亞地區(qū)現(xiàn)代人演化和擴(kuò)散的中心，現(xiàn)代人類的演化比以往認(rèn)為的更為復(fù)雜，并非一定來自非洲。遺傳學(xué) DNA 證據(jù)揭示，蒙古人種的祖先在 4 萬年前已經(jīng)出現(xiàn)在北京周口店地區(qū)，表明該地區(qū)完全現(xiàn)代人出現(xiàn)的時(shí)間接近歐亞大陸西部[]；在西伯利亞地區(qū)，早期現(xiàn)代人與尼安德特人在距今 5 萬—6 萬年前發(fā)生過基因交流[]；在羅馬尼亞地區(qū)，發(fā)現(xiàn)距今 3.7 萬—4.2 萬年的早期現(xiàn)代人帶有 6%—9% 的尼安德特人基因，遠(yuǎn)大于原先認(rèn)為的 1%— 3% 的尼安德特人基因貢獻(xiàn)度[]，對現(xiàn)代人群的融合與形成過程提供了重要的信息和數(shù)據(jù)。另外，通過高分辨率 CT 技術(shù)，發(fā)現(xiàn)許家窯人內(nèi)耳迷路形態(tài)與尼安德特人相似（圖 5），挑戰(zhàn)了以往“尼人內(nèi)耳迷路模式”專屬尼安德特人的看法，促使研究者重新思考應(yīng)用孤立特征追溯人類遷徙及判斷人群親緣關(guān)系的可靠性[]。

圖 4 早期現(xiàn)代人牙齒化石（地點(diǎn)：道縣福巖洞外景，牙齒數(shù)：47 枚，據(jù)文獻(xiàn) [] 改繪）

圖 5 許家窯人顳骨及其復(fù)原的內(nèi)耳迷路（據(jù)文獻(xiàn) [] 改繪）

考古資料表明，中國地區(qū)舊石器時(shí)代文化一脈相承，古人群生生不息、連續(xù)演化；更新世期間石器生產(chǎn)基本維持在奧杜威模式內(nèi)，沒有發(fā)生過主流技術(shù)的中斷、替換及其反映的大規(guī)模移民和人群更替事件；東亞不存在距今 10萬—4 萬年間的材料空白，人類演化的鏈條沒有中斷過。這些成果強(qiáng)化了對中國乃至東亞古人群連續(xù)演化及現(xiàn)代人類“連續(xù)進(jìn)化附帶雜交”模式的論述[]，提出在現(xiàn)代人演化過程中不同地區(qū)人群存在行為的特殊性和多樣性，反映了不同的適應(yīng)策略和行為能力[, ]。由于第四紀(jì)以來氣候變化呈現(xiàn)顯著的冰期-間冰期旋回特征，這種軌道尺度的氣候變化在中國地區(qū)現(xiàn)代人的起源和演化中究竟起了怎樣的作用，將是未來研究的重點(diǎn)。

3.5 農(nóng)業(yè)起源與人類適應(yīng)

最近一個(gè)冰消期間，在全球的 3 個(gè)中心地區(qū)（中國、西亞和美洲），隨著氣候的轉(zhuǎn)暖，人類從原始的漁獵采集幾乎同步進(jìn)入到原始農(nóng)業(yè)社會(huì)，開創(chuàng)了人類控制和創(chuàng)造食物資源的新時(shí)代。氣候環(huán)境變化對原始農(nóng)業(yè)的起源起到了怎樣的作用？特別是對于以農(nóng)耕為主體的中華文明的發(fā)展，是如何適應(yīng)氣候變化的？長期以來由于受研究材料和研究方法的限制，存在著較多的演繹推理。通過多學(xué)科、多手段的聯(lián)合攻關(guān)，取得了一批新觀點(diǎn)和新認(rèn)識。

通過孢粉、植硅體、淀粉粒、生物標(biāo)志物等研究方法和手段的創(chuàng)新，建立了區(qū)分、鑒定腐爛、灰化農(nóng)作物及其野生近緣種的可靠方法，實(shí)現(xiàn)了人類早期農(nóng)作物遺存鑒定方法的突破 [, ]；成功從沉積物中提純植硅體，利用植硅體包裹的原生碳進(jìn)行加速器質(zhì)譜 14C（AMS）測年，取得了精確的年代數(shù)據(jù)，為解決諸如黃土等缺少傳統(tǒng)測年材料的地層定年問題提供了新方法。

在上述基礎(chǔ)上，通過對我國冰消期轉(zhuǎn)暖期早期考古遺址中植硅體及淀粉粒等微體化石的統(tǒng)計(jì)和形態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)了具有馴化特征的旱作和稻作農(nóng)作物微體化石自全新世早期開始持續(xù)增多，揭示出隨著1萬多年前的冰消期轉(zhuǎn)暖期，農(nóng)作物開始馴化，且經(jīng)歷了漫長的馴化過程[, ]。在全新世大暖期，黃河流域的山東章丘、長青、河南朱寨、 唐戶等地 10 多個(gè)遺址發(fā)現(xiàn) 8 ka BP—6 ka BP 前的水稻，比今天的稻作分布向北 3—4 個(gè)緯度，稻作和旱作農(nóng)業(yè)得到明顯的空間擴(kuò)展，農(nóng)業(yè)的擴(kuò)展也伴隨著文化的融合[, ]。

通過對青藏高原東北部 53 處遺址的動(dòng)植物遺存分析，結(jié)合利用炭化植物種子測定的 63 個(gè) AMS 年代數(shù)據(jù) （圖 6），發(fā)現(xiàn)史前人類在距今 3 600 年之后，全球氣候轉(zhuǎn)冷的大背景下向青藏高原高海拔地區(qū)大規(guī)模擴(kuò)張。高海拔地區(qū)農(nóng)業(yè)考古的證據(jù)表明，適合高寒地區(qū)生長的以大麥為主的麥作農(nóng)業(yè)，為當(dāng)時(shí)走向高海拔人類提供了長期的食物來源。說明外來麥作農(nóng)業(yè)的傳播和農(nóng)業(yè)技術(shù)革新，促使史前人類在青藏高原大規(guī)模定居[]（圖 6）。 上述研究獲得了我國史前旱作農(nóng)業(yè)和稻作農(nóng)業(yè)的起源過程、機(jī)制以及傳播方式的新證據(jù)。

圖 6 中-晚全新世青藏高原東北部古氣候記錄與遺址測年及浮選結(jié)果對比（據(jù)文獻(xiàn)[]改繪）

通過對全國 1 063 處考古遺址 14C 年代數(shù)據(jù)概率密度分析，重建了 4 萬年以來史前人口變化，結(jié)果顯示大規(guī)模人口擴(kuò)張開始于 9 ka BP。從全國范圍看，在新石器期間千年尺度的氣候變化過程中，人口增長期總體上與氣候溫暖期對應(yīng)，銳減期與氣候冷期對應(yīng)，表明寒冷的氣候條件限制人口的發(fā)展，而相對暖濕的氣候有利于人口的增加和文化的發(fā)展[]（圖 7）。

圖 7 5 萬年來史前人口變化與古氣候記錄對比（據(jù)文獻(xiàn)[] 改繪）

3.6 70多年來我國海岸線變化

全球變暖-海平面上升與人類活動(dòng)對海岸線變化的影響，不僅關(guān)系到現(xiàn)階段人類的生存與發(fā)展，同時(shí)也將深刻地影響未來國家層面相關(guān)政策的制定等�；� 1940—2014 年間 6 個(gè)時(shí)相的中國大陸岸線數(shù)據(jù)和 12 次野外考察的實(shí)測數(shù)據(jù)，揭示出 70 多年來，人工岸線比例持續(xù)增加，自然岸線比例持續(xù)減少，到 2014 年我國的自然岸線比例不足 33%。

盡管 70 多年來，氣候變暖導(dǎo)致海平面上升，但由于人類活動(dòng)的加劇，特別是養(yǎng)殖、鹽田、交通圍墾、圍堤等活動(dòng)，整個(gè)大陸沿海凈變化結(jié)果是陸地面積（不包括臺灣）增加近 14 200 km2，平均增速為 203 km2/a，相當(dāng)于 18 000 km 的大陸岸線整體向海推進(jìn)了 788.65m，年均推進(jìn)速度大于 10m/a。大陸岸線的變化以向海擴(kuò)張趨勢為主要特征，超過 68% 的海岸總體向海擴(kuò)張，超過 22% 的海岸總體向陸后退[]（圖 8）。

圖 8 1940—2014 年海平面上升與中國大陸海岸線變化（據(jù)文獻(xiàn)[]改繪）

4 成果影響評價(jià)

目前為止，任務(wù)群共發(fā)表論文 500 余篇，其中 SCI 論文 250 余篇，在國際著名學(xué)術(shù)期刊 Nature、Science 和 PNAS 發(fā)表論文 12 篇。任務(wù)群執(zhí)行期間，骨干研究人員在全新世古氣候、古環(huán)境變化、人類起源、農(nóng)業(yè)起源、人類適應(yīng)等方面獲得了具有全球視野和國際影響的研究成果，為任務(wù)群設(shè)立的重大科學(xué)問題提供了重要證據(jù)，提出了新的理論觀點(diǎn)。部分成果收錄于中科院 《2015 年科學(xué)發(fā)展報(bào)告》。

5 未來工作重點(diǎn)及研究展望

綜上所述，在獲得以上認(rèn)識的基礎(chǔ)上，任務(wù)群將緊緊圍繞核心科學(xué)問題，在不同層次的科學(xué)問題上總結(jié)其規(guī)律性，重點(diǎn)開展以下集成工作：（1）我國全新世大暖期環(huán)境要素（植被、沙漠、凍土、海岸線分布）全國集成研究。（2）評估全新世大暖期環(huán)境格局對我國生物多樣性和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯潛力的影響。（3）我國現(xiàn)代人群的來源、演化遷移，旱作和稻作農(nóng)業(yè)的起源、機(jī)制和傳播方式。（4）評估氣候環(huán)境變化對現(xiàn)代人類演化、農(nóng)業(yè)起源與傳播及百年來的人類社會(huì)發(fā)展的影響。

隨著溫室氣體濃度的升高，古氣候?qū)W研究面臨的主要挑戰(zhàn)依然是理解并揭示不同時(shí)間尺度氣候環(huán)境變化特征及機(jī)制、評估過去氣候變化的影響、揭示自然和人類因素的作用、降低未來氣候變化預(yù)估的不確定性。近年來第四紀(jì)古氣候、古環(huán)境領(lǐng)域研究取得了顯著進(jìn)展，目前已可以相對準(zhǔn)確地重建氣候變化的歷史。未來研究應(yīng)借助于我國在該方面已有的基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)積累，針對典型現(xiàn)代環(huán)境過程開展系統(tǒng)研究，以方法學(xué)和機(jī)理為切入點(diǎn)，從多種角度實(shí)現(xiàn)過去氣候和環(huán)境參數(shù)的定量化重建，全面提升我國古環(huán)境定量化研究的能力。上述研究，一方面可帶動(dòng)并獲得氣候和環(huán)境變化機(jī)理的新認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論的突破，另一方面可建立現(xiàn)代環(huán)境研究與古環(huán)境研究之間的橋梁，進(jìn)一步促進(jìn)上述學(xué)科的發(fā)展，最終為氣候變化趨勢預(yù)估和影響評估提供更加精確可靠的依據(jù)。

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