精准科学：小冰期发生的准确时间及其对全球灾害的影响

                            杨学祥，杨冬红（吉林大学）

    关键提示

小冰期低温的气候特点是相当明显的，尤其在高纬度和高海拔地区，气候敏感的生态脆弱带所表现出的环境效应十分突出，影响植物生长和农业生产，形成饥荒、动乱和战争，造成强震频发和瘟疫流行，对社会经济和政治的发展带来严重的后果（见表1-2，图1-3）。

表1 太阳黑子延长极小期、潮汐极大值年、坏天时代和中国历史朝代的更迭

   Table 1   Sunspot prolonged minimum period, tide maximum year, Bad Climatic Condition and the Chinese history of dynasty

极小期　　时间　　中国朝代　 时间　　 气候变化  坏天时代      潮汐极大值年

奥特　  1040-1080　 西夏　 1038-1227　　 变冷    1010-1110         1062

　　　　　　　　　   金　　 1115-1234　　 低温    

沃尔夫  1280-1350　 元　　 1279-1368 　  低温    1165-1360         1264

　　　　　　　　　    明　　 1368-　　　　 变暖

史玻勒  1450-1550　 　　　　　　-1644　　小冰期  1420-1525         1425

蒙德　  1645-1715　 清　    1644-　 　　　小冰期  1600-1725         1629

道尔顿  1790-1820　 　　　　　　-1911　　低温     1790-1915         1770

21世纪  2007- ？                                           变冷？  1996- ？          1974

表2  太阳活动、强潮汐、低温期和北京地区地震的对应关系

Table 2 The relation of solar activity, volcanic eruption, tides，lower temperature and earthquakes

图1 潮汐1800年周期对应全球气候变化

图2 公元294年中国气候处于小冰期时期

图3 公元1127-1730年中国气候处于小冰期时期

http://www.cq.xinhuanet.com/2015-12/03/c_1117338166.htm

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-983576.html 

但是，最初定义的小冰期是从15世纪开始，到17世纪结束，中间经历200多年。后来的证据表明，小冰期始于13世纪，止于19世纪，然后出现一个相对温暖的气候环境时段，在16世纪中期和19世纪中期之间达到其最冷的顶点。时间段的不同将影响对今后小冰期发生可能性和危害程度的科学判断。

15-17世纪的小冰期定义及其对今后的影响

在十五世纪至十七世纪的二百余年内，全球强震发生频繁，其它自然灾害也很集中，如瘟疫流行，低温冻害严重，被称为小冰期时期。这个时期也正是太阳黑子蒙德极小值时期^[1]，太阳活动处于低值状态，有人把它看作是小冰期气候产生的原因。事实上，小冰期是太阳活动、强潮汐、地震火山活动共同作用的结果（表1-2，图1-3）。

    NASA科学家曾发一个警告，他们对太阳近20年的观测发现，我们将进入蒙德极小期，可能导致气温直线下降，这是太阳周期的又一个低谷点。有研究指出，如果我们进入小冰河时代，那么泰晤士河可能会被冻结。从2020年到2030年，太阳活动周期将进入新的模式，如果说得通俗点，那么太阳的“心跳”会减慢。

美国宇航局在对太阳进行数十年的研究，目前已经精确预测出11年活动周期的规律变化，在接近于太阳表面和太阳对流层深处的两个能量层上，对流作用开始降低，本世纪30年代太阳活动性将降低60%，接近1645年的状态，即迷你冰河时期。

http://new.qi-che.com/xinwenbaod/20160304156178.html

研究人员警告，地球可能会进入一个“小冰河时代”。一项新研究称，2020到2030年间，太阳周期会相互抵消。科学家说，这使一个叫“蒙德极小期”的现象出现。1646到1715年出现时，它被描述为小冰河时代。当时，它使伦敦的泰晤士河结了冰。

　　太阳周期的新模型对太阳11年“心跳”内的不规则活动作出空前准确的预测。它充分利用了两层太阳区域的“发电机效应”。一层接近太阳表面，另一层在太阳对流区的深处。根据万伦蒂娜-扎科娃教授在兰迪德诺市举行的国家天文学会议上提出的结果，太阳周期新模型的预测显示，相比上一次开始于1645年的小冰河时代，21世纪30年代的太阳活动将减少60%。

　　这个模型预测，两个磁波会在2022年进入顶峰的第25个太阳周期渐渐抵消。进入跨越2030到2040年的第26个太阳周期，这两个磁波就会变得完全不同步。这会使太阳活动明显减少。

扎科娃表示：“在第26个太阳周期，这两个磁波将成镜像。它们同时出现，却分布在太阳对立的两个半球上。它们的相互作用会带来破坏性影响。它们或许会相互抵消。我们预测，这会使太阳出现蒙德极小期的特性。实际上，这些磁波大致同步时，它们就有更强的相互作用，太阳会出现更强烈的活动。它们不同步时，太阳活动最少。它们完全不同步时，就会出现上一次于370年前发生的蒙德极小期的情形。”

http://www.guangyuanol.cn/news/prnasia/2015/1014/485719.html

https://new.qi-che.com/xinwenbaod/20160304156178.html

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ec3d95b0102zafa.html

http://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1172527.html

按照小冰期发生在15-17世纪的经典划分，18世纪小冰期已经结束，今后四百年全球处于持续变暖的温暖期，下次小冰期将发生在2744-3815年之间（见图1）。因此，2020-2030年的太阳黑子延长极小期（21世纪太阳黑子延长极小期）不会导致小冰期的发生。

这一判断对北京地区地震影响最大。北京地区处于华北平原地震带、山西地震带和张家口-渤海地震带交汇之处，历史上曾发生过294年延庆东6级、1057年大兴南6.8级、1484年延庆6.8级、1536年通县南6级、1665年通县6.5级、1679年三河-平谷8级和1730年京西颐和园6.5级等一系列破坏性地震。北京中心城区也曾发生1076年5级地震、1627年5级地震。其中，三河-平谷8级地震伤亡近10万人，大兴6.8级地震死亡2.5万人，颐和园6.5级地震伤亡457人。

https://www.360kuai.com/pc/93e5a678d3be49d4e?cota=3&kuai_so=1&sign=360_e39369d1&refer_scene=so_3

http://www.kepu.net.cn/gb/ydrhcz/ydrhcz_zpzs/ydrh_201904/201904/t20190416_32580.html

https://www.myzaker.com/article/5cb692d077ac6423ca48d288/

北京地区6级以上地震的统计规律是发生在小冰期时期和太阳黑子延长极小期的概率最大，值得相关部门关注。小冰期造成的冰盖增大和海平面下降，将产生洋壳上升和载冰陆壳下降，形成规模不等的地壳均衡运动。

统计表明，发生在变冷期（小适宜期和小冰期的交界）的北京6级以上地震频率为0.143，发生在低温期的大震频率为0.143，发生在小冰期大震频率为0.714。因此，北京地震发生在下次小冰期2744-3815年的概率最大，发生在2130-2540年温暖期的概率几乎为0.。北京地区地震高潮已经过去。

13-19世纪的小冰期定义及其对今后的影响

随着全球气候变化研究的不断深入，特别是通过不同高分辨记录研究，科学家认识到小冰期并非持续几个世纪的连续冷期，其内部还明显存在次级的冷暖波动，并具有一定的规律性。这一趋势与表1-2完全相符。

小冰期发生的时间也有较大变化，通常认为小冰期始于13世纪，止于19世纪，然后出现一个相对温暖的气候环境时段，在16世纪中期和19世纪中期之间达到其最冷的顶点。持续时间由200年扩展到6百年。其主要变化为沃尔夫极小期和道尔顿极小期划入小冰期，使2020-2030年太阳黑子延长极小期发生次小冰期的可能性增大。人类要做好气候变冷的准备。

影响最大的是北京地区大震发展趋势：统计表明，发生在变冷期（小适宜期和小冰期的交界）的北京6级以上地震频率为0.143，发生在小冰期大震频率为0.857。因此，北京地震发生在下次小冰期2744-3815年的概率最大，发生在2130-2540年温暖期的概率几乎为0.。北京地区地震高潮已经过去，地震风险明显降低。

表3  太阳活动、强潮汐、低温期和北京地区地震的对应关系

Table 3 The relation of solar activity, volcanic eruption, tides，lower temperature and earthquakes in Peking

参考文献

1.       马宗晋, 杜品仁. 现今地壳运动问题[M]. 北京: 地质出版社, 1995, 10: 99-102.

2.       Keeling C D, Whorf T P. The 1800-year oceanic tidal cycle: A possible cause of rapid climate change [J]. PNAS, 2000, 97(8): 3814-3819.

3.       杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934. Yang D H, Yang D B, Yang X X, The influence of tides and earthquakes in global climate changes. Chinese Journal of geophysics (in Chinese), 2011, 54(4): 926-934

4.       郭增建, 郭安宁, 周可兴. 地球物理灾害链[M]. 西安地图出版社, 2007: 111-114,146-158.

5.       郭增建, 郭安宁, 周可兴. 地球物理灾害链[M]. 西安地图出版社, 2007: 111-114,146-158

6.       杨冬红, 杨学祥. “拉马德雷”冷位相时期的全球强震和灾害.西北地震学报.2006,28（1）：95-96

7.       杨学祥。地壳均衡与水平运动[J]。世界地质。1988，7（1）：43-48

8.       杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677. Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

9.       杨学祥. 对冰期和小冰期气候变化因素的探讨. 自然杂志. 2000, 22（6）：358~362. （Yang X X. On factors affecting climate changes during Ice Age and Little Ice Age. Ziran Zazhi. 2000, 22（6）：358~362）.

10.   杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45(增刊): 33-42.（ Yang X X, Chen D Y. The Volcanoes and the Astronomical Cycles. Geological Review (in Chinese), 1999, 45(supper): 33-42.）

11.   杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013 出版中.(Yang D H, Yang X X. Study and model on variation of Earth’s Rotation speed. Progress in Geophysics (in Chinese), 2013 in press.)

12.   http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-983576.html 

13.   https://www.360kuai.com/pc/93e5a678d3be49d4e?cota=3&kuai_so=1&sign=360_e39369d1&refer_scene=so_3

14.   http://www.kepu.net.cn/gb/ydrhcz/ydrhcz_zpzs/ydrh_201904/201904/t20190416_32580.html

https://www.myzaker.com/article/5cb692d077ac6423ca48d288/