近日，“气候变化”协同创新中心联合南京大学历史学院、中国科学院地理科学与资源研究所等单位，在古代极端天气事件与人类社会响应研究领域取得新进展。研究团队综合运用甲骨文记录、考古遗址资料、古气候代用指标、现代气象观测数据，以及人工智能与物理数值模型等多学科方法与数据，揭示了距今3000年前后台风活动出现阶段性增强，并由此与中国内陆地区极端降水、洪涝灾害及相应社会变化之间建立了重要联系。
中晚全新世是全球气候系统波动较为显著的阶段，多个文明区域在此时期经历了环境变迁与社会转型。中国青铜时代若干区域也出现了人口波动、聚落格局重组等现象，但其与极端天气事件之间的具体关联仍需进一步厘清。针对这一问题，研究团队从“古代证据—现代机制—数值试验”相结合的分析框架出发，重建了古代极端天气过程与社会变化之间的关联路径。
在中原地区，研究团队对商代晚期甲骨文中涉及气象占卜的内容进行了系统量化，提取与降水相关的信息，重建了该时期降水及强降水风险的阶段性变化特征，并结合放射性碳测年数据，分析了当时人口变化的整体趋势。在成都平原，团队则利用遗址数量、分布格局及洪水层等考古材料，探讨了区域环境风险变化与聚落演变之间的关系（图1）。
图1. 中晚全新世台北行、西行台风活动强度与中原(SPD)和成都(考古遗址数量)人口规模的时间变化。（A）现代（1950–2021）台风发生概率分布。（B）标准化后的北行台风活动强度波动与中原地区人口规模变化（上图）；西行台风活动强度波动与成都平原考古遗址数的时间分布。红色（蓝色）虚线表示 1850–1950 年期间北行（西行）台风活动强度的平均水平。半透明红色条带表示甲骨文时间覆盖范围。
通过进一步与地质记录所反映的古台风活动变化进行对比，研究团队发现，中原和成都平原的人口与社会演变过程，与北上台风和西行台风活动的增强阶段呈现出较好的时间对应关系（图1）。与此同时，甲骨文所记录的降雨及强降雨波动、成都平原遗址中发现的洪水沉积物，以及聚落向相对高地调整等现象，也与台风活动增强阶段相吻合，共同表明台风活动的增强可能通过加剧极端降水和洪涝风险，对人口变化与社会变迁产生了重要影响。
为进一步检验上述认识，研究团队对近70年气象资料进行了统计分析，发现中原和成都平原的极端降水事件中，有相当比例与台风活动相关。在此基础上，团队利用WRF、CESM2等物理模式以及盘古气象模型，开展大样本理想试验，定量评估了台风强度增强对中国内陆极端降水的影响。结果显示，台风增强可显著提高中国内陆部分地区，尤其是中原和成都平原的极端降水风险（图2），从而为古代案例的解释提供了机理层面的支撑。
图2. 模拟的台风强度增强引起的极端降水变化。（A）北上型台风发生时 850 hPa 平均比湿分布和风场，共 261 例。弱台风和强台风路径分别以绿色和红色线表示。（B）强台风与弱台风模拟中最大水汽通量辐合（MFC）上四分位数的变化。蓝色圆圈表示本研究所用中晚全新世古台风代用指标的采样位置；绿色圆圈表示约 3000 年前北上型台风活动增强时期记录洪水事件的洪水沉积分布。（C）1950—2021 年夏季中原地区MFC 与日降水量的散点图。红线表示约化主轴回归，拟合函数见左上角标注。（D-F） 与（A-C）相同，但分别对应西行型台风（共 319 例）、MFC 以及成都平原日降水量。
该研究从大气科学视角出发，将极端天气研究拓展至中晚全新世灾害过程重建及其社会影响分析，体现了大气科学与历史学、考古学、地理学、地质学等多学科的深度融合。相关成果不仅为理解距今3000年前后气候变化与社会变迁之间的关系提供了新的视角，也提示在全球变暖背景下，应更加重视台风对内陆地区极端降水和洪涝灾害风险的潜在影响。
研究成果以“Archeological data with AI- and physics-based modeling explain typhoon-induced disasters in inland China around 3000 yr B.P.”为题，发表于《Science Advances》杂志。该论文由南京大学大气科学学院丁可准聘助理教授与南京大学历史学院李思洋准聘副教授为共同第一作者，中国科学院地理科学与资源研究所葛全胜研究员担任通讯作者；文章合作者包括大气科学学院符淙斌院士、谈哲敏院士和丁爱军教授等，以及来自中国科学院地质与地球物理研究所和香港大学等机构学者。该研究得到国家自然科学基金面上基金（42475053）、“气候变化”协同创新中心以及关键地球物质循环前沿科学中心等的联合支持。
文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb1598