目前，人类利用温度计、量雨器、探空气球以及空间卫星等大量现代仪器来观测和研究气候。借助于全球气候环境观测网，研究人员几乎可以得到每时每刻的各地环境变化状况。然而，人类的现代观测记录仅有近百年的历史。为了探索地球气候环境的变化规律，预测其未来发展趋势，人类还需要知道过去更早的气候环境变化情况。因此，科学家就利用一些自然的或人文的资料，通过一系列反演过程来获得早期的气候和环境信息，这些资料通常被称为气候环境变化的代用资料，如历史文献记录、冰芯、湖泊沉积、树轮等。
青藏高原作为地球的第三极，对亚洲甚至北半球的气候都有深刻的影响；与此同时，全球气候变化也对青藏高原的生态环境造成了显著的影响，例如，冰川加速退缩、草地退化和洪涝灾害的频发等。为了从更长时间尺度上评价最近的气候变化，并预测未来全球气候变化对青藏高原的影响，我们需要对青藏高原过去较长时间内的气候变化历史有一个比较清楚的了解。然而，青藏高原的现有气象记录普遍历史较短，而且空间分布不均。因此，要想对青藏高原气候变化历史有更加清晰和完整的认识，就必须依托气候代用资料。
青藏高原是全球中低纬度地区最大的冰川作用中心；这里的高原湖泊星罗棋布，其面积占全国湖泊总面积的30％以上，是我国最大的湖泊群；青藏高原的东北部、东部与东南部分布着大面积的高海拔原始森林。这些自然资源为研究人员利用冰芯、湖泊沉积物和树轮等气候代用资料恢复青藏高原的气候变化历史提供了良好的材料。
历史文献中的蛛丝马迹
历代文人留下的Et记、诗歌、碑文和游记等文字遗产中常常直接或间接地述及当时的气候和环境，一些朝代的编年史中也经常将一些气候异常现象当作大事记录下来。研究人员对这些文字记载进行综合分析，就可以得到某一历史时期的一系列气候环境代用资料。我国已故著名学者竺可桢曾利用文史记载推断出了我国东部近5000年来的温度变化情况。在气候学家和历史学家的共同努力下，基于对大量文史记载的综合分析，研究人员已获得我国东部500多年间以及个别地区几千年来的旱涝变迁记录。
清政府曾在西藏设立地方官署噶厦，驻地在大昭寺，在噶厦给地方官员的一封便函中便记录了1816年6月堆龙德庆县一带连降三天三夜大雪的史实，这场雪灾造成了秋收绝产和大批房屋倒塌等严重灾情。可见，尽管有关青藏高原历史气候的文字记录较少，但仍然具有挖掘的潜力。
树轮描绘的秘密“图纸”
植物远比人类等动物长寿。根据维基百科的介绍，目前已知世界上个体寿命最长的树为刺果松(Pinus lortgaeva)，主要生长在美国西南部的高山区。根据取样年轮的计算结果，美国加利福尼亚州白山上一棵被称为“玛土撒拉”(玛土撒拉为西伯莱语《圣经》中一位最长寿的老人，据说活了969岁)的刺果松已经有4700年的寿命，还有一棵树龄长达7000年、现已死亡的刺果松仍然挺立着。也就是说，植物往往见证了较长时期的气候变化。可是，如何才能让历经沧桑的植物“开口说话”呢?
在温带与寒温带地区，树木和灌木每年通常有一个明显的生长季，在其树干次生木质部的横截面上每年都会新形成一个轮圈，称为生长轮或树轮。如果每年的气温、降水量等气候条件存在差异，就会导致当年形成的树轮在宽窄、密度等方面呈现出相应的变化。
也就是说，树轮的各种数据资料能够反映当年局部地区或一定空间尺度内的气候环境条件。对众多树轮资料进行综合分析，就可以得到逐年乃至逐季的气候分析代用资料序列。
树轮作为气候分析代用资料的优点是其具有连续性，其可信度取决于所取树种对气候变化的敏惑程度。往往多种环境条件同时影响着树木的生氏，因而要依据树轮资料反演某种特定要素(如温蔓或降水量)的代用指标，一般还需要结合现代气象和植物学方面的知识，并进行综合而周密的分析。也就是说，要先联系现代气象和植物学知识，得出规律后，再依据树轮记录反演过去的气候变化历史。
无论是已被埋藏多年或仍直立着的死树、已被加工并用于建筑房屋的木材，还是仍枝繁叶茂的活树，科研人员都可以利用树轮研究中的交叉定年技术、依据树轮宽窄模式变化的一致性将这些不同“版本”的树轮“图纸”有机地衔接起来，进而建立长时间尺度的树轮年表。
祁连圆柏(Sabina przewalskii)为柏科常绿乔木，是青藏高原东北部的主要森林树种。青藏高原的干旱气候使祁连圆柏生长极为缓慢。目前已知的最老的祁连圆柏活树年龄为2000年左右，祁连圆柏也是我国目前已知的树龄最长的树种。通过将祁连圆柏的活树、直立的枯木和墓葬中的古木等的年轮资料衔接起来的方法，我国学者已经建立了长达3585年的祁连圆柏树轮年表，这也是迄今为止中国乃至亚洲最长的树轮年表。这些被精心拼接起来的树轮“图纸”忠实地描述了过去3500多年间当地年降雨量等的变化历史，为我们进一步了解相应时问段内的人类活动、分析人类文明发展进程等奠定了可靠的气候背景基础。
尘封的沉积物“档案”
沉积物是从大气或水体中自然沉降到固体地球表面、并堆积起来的物质。在稳定的沉积环境中，新的沉积物总是叠加在旧有沉积物之上，年复一年，可形成相当厚的物质层。沉积物在形成过程中必定受到环境条件的影响和制约，其物理成分和化学特性往往反映了当时的气候及环境状况。例如，在草木丰盛期形成的沉积物中，研究人员通常会发现较多的植物孢子或花粉，而在干旱期形成的沉积物中，往往积聚着较多的碳酸钙成分。深海沉积物和湖泊沉积物能够指示古气候信息的基本道理也是一样的，只是影响后两者的环境条件更为复杂一些。在研究人员眼里，那一层层有序堆置着的沉积物就是一卷卷忠实记录地球环境演变历史的秘密“档案”。
在依据沉积物特征反演历史环境的研究中，我国黄土高原的黄土沉积物便是一个极好的范例。黄土沉积物的粒径(即沉积物颗粒的粗细程度)与沉降过程中的风场强度有关，风力强时堆积的沉积物粒径较粗，风力弱时粒径较细的颗粒便沉积下来。因此，根据沉积协中粒径的变化情况，可以推断当时的风速等气候因素。此外，较高的磁化率值一般对应着黄土沉积物中所夹的古土壤层，表明沉积期间的气候较为温暖湿润、适于多种生物繁衍和土壤发育。
不同地区的沉积特性与气候环境的关系可以是大不相同的，正是这种关系的紧密程度决定了有关代用资料的可靠程度。沉积物记录的来源十分丰富，世界各地均可采集到可用于恢复数百年甚至百万年时间尺度古气候或古环境的沉积物样本。沉积物的物理化学特性一般可以很精确土JOJ,测量出来，一旦找到这些特性与当日,-j-气候条件的对应关系，据此恢复的古气候环境就具有相当高的准确度。
确定沉积物年代的工作叫测年，目前较常用的一种测年方法是利用沉积物中碳14元素的放射性衰变规律来进行的。碳l4测年的最长有效时段大致可追溯到距今3万年前。目前，采用较新的测年技术分析此时期内形成的沉积物，可得到误差量级为百年的碳14年龄，有时误差可缩小到数十年。此外，目前还有铅210、铯l37、热释光(TL)、铀系不平衡、电子自旋共振(ESR)、裂变径迹等多种沉积物测年方法。尽管应用上述测年方法获得的沉积物年龄结果均有一定的误差，但总的来看，相对于所描述的相应时间尺度内的气候环境波动结果而言，这些误差所造成的影响还是可以接受的。
冰芯——无字的百科全书
冰川(冰盖)主要存在于极地大陆和高海拔地区，是大气降雪在冰雪积累区不断地积累、消融、积累，并在这个近动态的平衡中缓慢堆积而形成的一种特殊的沉积物。冰层中的稳定同位素及其他化学成分，以及成冰过程中被封存在冰中的少量空气，都可以通过专门的实验手段提取出来，并成为重建过去气候和大气成分变化的基础资料。这些资料都是研究人员通过分析在冰川l(冰盖)上打钻取出的冰芯而获取的，故而被称为冰芯资料。
与一般的陆地沉积物不同，冰川上很少受到生物活动的干扰，所以冰芯资料能相对客观地反映气候变化规律。对格陵兰和南极冰芯资料的研究已经帮助研究人员恢复了近十几万年甚至更长时期以来的气候变化史，我国青藏高原地区的冰芯研究也取得了重大进展。
在利用冰芯资料重建历史环境演变过程的研究_中，同样需要应用其他基础学科的理论和研究成果。例如，在恢复南极Vostok地区温度历史的研究中，便应用到“温度每变化l。C，冰芯中氘同位素的相对含量便变化6％。”这一物理学原理。研究人员只要测算出不同时期冰层中的氘同位素含量，就可依据这一规律，准确测算冰层形成时的古温度。
在过去25年中，研究人员以现代过程研究为先导，以研究青藏高原冰芯记录为手段，进行气候环境信息的挖掘，对影响环境的自然与人为因素进行整体研究，对环境长期演变过程中的重大自然事件和人为事件、特别是灾害事件进行剖析，通过钻取并分析青藏高原大范围的冰芯资料，洞察了过去十多万年、1万年、2000年及近百年的不同时问尺度与不同分辨率的气候环境变化。更重要的是，对青藏高原冰芯的研究不仅让我们了解了区域气候环境的演变历史及基与全球气候变化的共性和差异，更能让我们将现代气候变暖事件放在过去不同时间尺度的气候变化格局中加以认识，为预测未来气候环境变化奠定基础。
其他代用资料
一些高山积雪(冰)区的冰川前缘叫做雪线，雪线以下的地区较为温暖，因而该处的水不能冻成冰。气候越温暖的地区，雪线的海拔高度也越高，这些地区的冰川进退或雪线升降等变化情况就成为分析当地温度变化历史的借用资料。
此外，冰川经常覆盖的地方会留下冰川的特殊“烙印”，叫做冰碛。研究人员对冰碛进行测年分析后，就可据此判断古代的雪线位置。
湖泊水位稳定一段时期后也会留下相应的湖岸线痕迹，研究人员根据古湖岸线的痕迹可以分析相应历史时期的湖泊水位变化情况。根据以大气降水为主要补给来源的湖泊的水位变化情况，研究人员便可以推断当时的大气降水状况；因为温度直接影响冰川的消融速度，对于以冰川融水为主要补给来源的湖泊，科学家便可依据其历史水位，推断该地区当时的气候冷暖状况。
古生物化石和考古发现也可以帮助研究人员推测古代的气候环境特点。根据古人类遗址的分布情况和古建筑遗迹的结构、风格等特点，以及古生物化石的分布情况，研究人员结合有关动植物的生活习性等特征，也可以分析古代的气候环境情况。例如，在某地区发现了大象活动的证据，而现代的大象只生活在比该地更温暖的地区内。这就给研究人员提供了一个“此地当时的气候可能比现代更温暖”的旁证。又如，研究人员发现，某个遗址中的建筑结构主要是用于防洪涝侵害的，这一建筑结构便成为“当时当地洪涝灾害较多”的有力旁证。
这些代用资料虽然都可以明确反映历史气候环境状况，但尚不能如树轮、陆地沉积物和冰芯资料那样建立较为连续完整的环境变化序列，且在地理分布上也比较受限制。
其实，可用于分析过去气候和环境变化的代用资料还有许多，例如石笋和珊瑚等，可谓不胜枚举。总之，跨学科地综合利用多种代用资料，互相印证、相互补充，将有助于人类不断丰富和完善对过去气候等环境变化情况的认识，更好地认识我们赖以生存的地球家园。
(本文图片除署名外均由作者提供)
(作者单位：中国科学院青藏高原研究所)
