一、古气候

2026-01-18

解决古气候重建的“边缘效应”问题，要靠实测数据。没有新数据可用，光靠捣鼓统计学，效果不大。

2026-03-11

以湖泊沉积里的孢粉组合作为代用指标，重建降水量变化曲线。结果显示明清时期，山西公海的年降水量比当代少较多，六盘山天池的年降水量比当代少一点儿（图1）。黄河中游河龙区间位于两地之间，更靠近公海一点。因此，依据孢粉组合作为代用指标重建的降水量曲线，读者可以合理地推测明清时期河龙区间的年降水量比当代少，因此汛期降水量也比当代少。

图1. 图片来自Chen Fahu et al., 2015. East Asian summer monsoon precipitation variability since the last deglaciation. Scientific Reports, 5(1): 1-11.

有意思的是，刘晓燕等人根据历史记载评定的旱涝等级，推算清代以来河龙区间的汛期降水量变化，结果显示汛期降水量变化很小（图2）。旱涝风险 = 洪旱事件强度 × 暴露程度 × 脆弱程度‌‌‌。刘晓燕等人的推算结果可能反映了清代至今，人口增加带来的暴露程度提高和科技进步带来的脆弱程度降低差不多可以相互抵消。

图2 

郑景云等人也基于清代雨雪档案记载，重建了晋南和渭河地区（覆盖了河龙区间）过去300年的年降水量（图3）。结果是年降水量在百年尺度上波动不大，平均值接近600mm，远大于晋南和渭河地区当代的实测降水量（～500mm，据《中国地图集（第三版）》P23上的年降水量图目测）。尽管郑景云等人重建时用的转换公式存在误差，我认为清代雨雪档案记载的降水量波动情况是真实可靠的，即过去300年河龙区间的降水量的确变化不大。这和刘晓燕等人根据旱涝等级做出的推算一致。

图3. 图片来自郑景云 等，2005. 黄河中下游地区过去300年降水变化. 中国科学D辑， 35(8): 765-774.

如此对比一番，我发现以湖泊沉积里的孢粉组合作为代用指标，重建的降水量的不确定性最大。这主要因为误差来源多样，包括孢粉组合和降水量之间的转换函数、湖泊沉积物的时间分辨率，等等。需要找出误差的主要来源并加以改进，比如通过合理的滑动平均处理，在较低的时间分辨率上提高重建的准确度。

值得注意的是，从图1和图3可以看出，黄河流域不同区域的降水变化不同步，经常反向变化。收集黄河流域不同地点的古降水曲线，将它们摆在一起作对比，应能得出有价值的发现。而要得到一条较准确的全新世黄河流域平均降水量变化曲线，除了重建的古降水曲线要尽量多，能覆盖全流域，还要想办法把源自不同代用指标的重建曲线正确地整合起来。后者需要深入了解每条重建曲线的误差来源和误差水平。

2026-03-30

想从一套沉积物中获取环境变迁的信息，首先得知道这套沉积物是如何形成的，知道得越详细越好。这就像开刀的医生对人体器官结构的了解，要比普通人详细得多才行。普通人大致知道内脏器官分布的部位，但有谁敢凭这点肤浅的常识就为别人开刀呢？

二、古水文

2024-04-19

关于黄河历史洪水重建，王国安的研究成果是一个高峰；老先生的研究主要基于水文学。利用下游泛滥平原的沉积物，在百年分辨率上，研究黄河水沙的长期变化和中游不同子流域的土壤侵蚀、土地利用变化之间的关系，完全可行。但是，半定量复原下游的场次洪水事件的难度较大，因为黄河下游不是基岩河谷，而是冲淤变化剧烈的动床。一场洪水过后，新沉积下来的泥沙实际上包含了不同含量的老沉积物。了解了更新世以来黄河下游这套沉积体系是如何形成的，加上河床演变学的知识，或许能找到洪水信息保存潜力大的沉积物和重建不确定性小的代用指标。然后在计算机模型帮助下，反推出古洪水的流量和含沙量。所有的反推结果都是有不确定性的。尽管如此，这是一个值得长期投入的多学科合作项目，可分区域、分解成一系列子问题研究。随着新数据和新发现的积累，重建结果会越来越逼近真实的历史。

2024-05-02

考察古河道时，能否关注一下古决口扇遗迹？或许还能找到第二个“三杨庄遗址”呢。有专家根据三杨庄遗址的黄泛沉积物推测，造成西汉晚期这次决口事件的洪水是含沙量大于200kg/m3的高含沙水流。这个含沙量可能是通过沉积结构和沉积构造推测的。我想赖瑞勋老师的新模型（图4）或许可以升级为一个古水力学模型，用于反推古洪水事件的含沙量。

图4

2024-09-30

分享“中国防汛抗旱”公众号2022年9月1日发布的刘泓汐、 郭超等人的论文《基于泥沙－径流的山洪灾害动态风险评估与预警》并发言：“高含沙水流对山洪演进特征的影响主要通过两种方式：①高含沙增加了流体的密度和粘滞力，降低流体流速从而抬升水位；②高含沙水流导致河床冲淤突变、水位陡增。黄河下游多次观测到洪峰增值现象。” 启示：复原黄河中游峡谷河段的古洪水洪峰流量，目前用的方法都没有考虑高含沙水流对洪水演进特征的影响，即上述的洪峰增值现象。建议用黄委会的相关模型，考虑高含沙水流的可能影响，重新估算一下黄河中游峡谷河段的古洪水流量。

分享陕西师范大学黄春长指导的硕士研究生学位论文《河流古洪水水文学重建的多种方法比较研究——以黄河中游和汉江上游为例》，作者刘涛，写于2015年。作者认为最准确重建的方法是“在全面完整地获取了研究地点河道几何形态等数据的基础上,利用ArcGIS耦合HEC-RAS模型计算古洪水洪峰流量” 。即用HEC-RAS模型来反推古洪水洪峰流量。这个模型是美国人开发的，没有考虑高含沙水流的影响。

2024-10-16

分享杨达源等人2000年发表的文章“Sedimentary records of large Holocene floods from the middle reaches of the Yellow River，China”。文中杨老师复原黄河小浪底河段的最大洪水流量是42900m3/s（7362 yr B.P.）。黄委现在用的千年一遇流量是42600m3/s。不知黄委确定流量时是否参考了杨老师的研究结论？

国外近年关注如何复原下游平原地区河流的古洪水规模。分享2022年Journal of Hydrology上的文章Incorporating alluvial hydrogeomorphic complexities into paleoflood hydrology, magnitude estimation and flood frequency analysis, Tennessee River, Alabama（图5）。作者在田纳西河河岸的某个天然堤上，从相同高程、相距500米的位置采集了两个岩芯。应用一维HEC-RAS分段回水模型，计算搬运古洪水沉积物的D90所需的最小古洪水水位，进而估算所需的最小古洪水流量。研究发现每个岩芯各自包含了15个古洪水的记录。一个岩芯对应的古洪水事件大部分发生在过去2000年内，而另一个岩芯对应的古洪水事件大部分发生在距今2000至5000年之间。这表明局地的地貌复杂性，导致同一水文地貌面上产生了不同的古洪水记录。以上文章我仅读了摘要，有兴趣的可以找来细读。

图5

值得注意的是，对于泛滥平原宽广、容易决口的黄河下游，由于上游的湖泊或决口可能已经分掉一些流量，推算出来的洪水规模是最小的可能值。因此，对于某条黄河古河道，我们得知道哪些河段可能首先决口，哪些河段连通着具有分洪功能的湖泊。

1560年后的明清河道，是古洪水复原不确定性最小的一条河道了。千年一遇的特大洪水，在一万年里并不是均匀分布的。明清河道的行水时期覆盖了一个小冰期，气候很不稳定。或许小冰期里就集中发生了好几次千年一遇的大洪水，研究明清时期的古水文很有意义。为了复原年代更久远的河道经历过哪些古洪水事件，我们首先需要把握黄河下游巨形扇的演化过程。

其实用任何方法推算黄河的古洪水流量，不确定性都很大，一个重要的原因是不知道洪水的含沙量。明清时期的文献可能记载某些场次洪水的泥沙含量，考察明清故道决口扇内部的沉积结构和沉积构造，也可能缩小含沙量的不确定性范围。最好能在古洪水沉积中找到一个能用于反推洪峰流量的特征，该特征又恰好对含沙量的变化不敏感。

又及：明清故道及相伴的决口扇里包含了很多信息，建议作为地质和水利遗产保护起来，供以后慢慢研究。

2024-10-16

深入分析古代文献中的洪涝记录时，最难的是如何把降水、下垫面、堤防工程、暴露度和脆弱性等因素对洪灾规模的贡献分离开来。

2024-10-20

分享黄委刘晓燕总工和合作者发表在《水利学报》上最新文章《黄河水沙变化：历史、显著与未来》。该文基于地质学家在大时空尺度上的、粗线条的水沙变化研究结论，应用水文学的普适规律，借助当代黄河不同子系统之间的响应特征，推测较小时空尺度上、更精细的水沙变化。这篇文章是水文学与地貌学、解决工程问题与科学自由探索结合的典范。全中国找不到比她更最适合做这个细化推测研究的专家了，因为她既对黄河不同河段的水沙关系及变化烂熟于心，又深刻理解水文规律，懂得线性外推的限度在哪里。我认为这篇文章的基本结论正确。假如未来研究证明这篇文章推测的具体数值，有不完美的地方，那主要是因为地质地貌学家提供的大时空尺度的演化框架不完善。她的论文启发地貌学家做两项研究：1. 如何利用壶口瀑布后退速率，更精确地复原全新世黄河径流量。2. 如何通过更详尽的钻孔资料和更有代表性的钻孔布点，估算全新世黄河输沙量。

2025-04-02

分享“地球Nuance“公众号的文献报道《研究称极端洪水事件“并不仅仅是由气候变化引起的”》 ：Harrison等人的论文《现代洪水的可靠气候归因需要古洪水科学》（https://doi.org/10.1007/s10584-025-03904-9）调查了德国和荷兰的下莱茵、英国的塞文河上游以及西班牙瓦伦西亚地区的古洪水记录。在莱茵河，约八千年的记录显示，至少有12次洪水可能超过了现代的峰值。对塞文河的分析表明，从过去四千年的古洪水记录来看，过去72年监测到的洪水并不罕见。塞文河上游最大的洪水发生在公元前250年左右，据估计，其峰值流量比2000年的破坏性洪水高出50%。这些发现表明，“在二十世纪之前，尽管人类造成的温室气体作用微不足道，但洪水的规模要大得多，暗示自然状况下的水文变异可能显著高于气候模拟学家的假设。这将对洪水规划和气候适应政策产生重要影响，因为放到更长的历史时期考察，近期的许多大洪水都不能被视为史无前例。”

三、突变与灾害链

2024-06-01

分享报告文学《他背负周总理的使命到生命终点——追记我国地震预报事业奠基者、不忘初心的楷模郭增建》（图6）https://meiwen.gmw.cn/2019-12/02/content_33365257.htm：“上世纪90年代中期，郭增建在国内外首次创新性地提出“灾害链”思想。他亲自组织开展跨学科的综合自然灾害研究，使防灾研究向更深更广的领域发展……他把灾害链分为4类，即因果链、同源链、互斥链和偶排链。 ”在杨煜达等主编的《中国千年区域极端旱涝地图集》中，评定旱涝等级应用了灾害链思想；作者认为当存在关于旱涝的重要影响、后果和社会应对的记载时，可评定为1级“旱”或5级“涝”。假如我们知道灾害链型传递的特点，或许可将图集中的1级和5级再细分成两、三个等级。再分享一本书：周琼的《清前期重大自然灾害与救灾机制研究》。

图6. 1956年北京中关村，年轻的郭增建夫妇。图片来自正文中提及的报告文学。 

2024-10-16

由于全球变暖的现实，又己知地质史上气候存在冷暖突变现象，如新仙女木事件。为了预测未来一千年变化，我们不得不研究过去数万年的演化，弄清楚各种气候突变的机制。

2026-03-03

当一个复杂系统已经逼近或跨越了突变的阈值，它的行为有两个特点。1. 系统行为具有高度不确定性，很难预测。2. 一个很小的外部扰动，都可能触发系统突变。这就像一个膀大腰粗的男人原来坐在洼地里，很稳定，不容易被推倒。现在他被迫站在一个小球上。他努力维持平衡，依然摇摇晃晃，随时可能从球上掉落。但我们很难确切地知道他何时会掉下来，会从哪个方向掉下来。原来狂风刮不倒他，现在一阵不大的风就能把他吹得前仰后合。这时，又来了一群人，有的推他一下，有的拉他一下。决定男人会不会从球上掉下来的因素更多、更复杂了。

决定历史时期黄河是否改道的因素也很多、很复杂。自然过程和人文过程深度耦合，内生性演化和由环境变化驱动的演化相互交织。许多因素都会在改道中发挥作用，有的塑造悬河，有的推高洪水，有的破坏堤坝，有的放任不堵，等等。历史上每一次黄河改道发生的主要因素和具体过程都不相同，因此从文献中挖掘细节，理解人河耦合系统演化的复杂性很重要。

2026-04-24

  分享“中国科学杂志社”公众号2026年4月23日文章《NSR社论：圈层动力跨维整合——地球科学的下一个“主旋律”》的阅读笔记：呼吁开展圈层动力跨维整合研究的原因，是地球各圈层跨维过程以及催生的极端事件，越来越常见，不确定性越来越大。而后者的根本原因是由于人类活动强度加剧，在各子系统内部，越来越多的控制因子正在逼近或已经跨越系统突变的阈值。许多子系统极不稳定，对来自其它子系统的微小扰动都十分敏感，子系统之间的耦合程度越来越深。