现代气象站观测资料时间跨度较短(大多不到100年)，制约了人们对地球气候的理解。100多年以来，地质学家们利用地球上的各种地质生物载体，如冰芯、海洋沉积、树轮、珊瑚、湖沼、石笋等，获取了大量地球过去气候变化的资料。  

　　但是，当前古气候研究载体的时间分辨率较低，通常为数十年到月。这样的时间分辨率可以研究地球过去的气候变化，但是无法用于研究发生在日-小时甚至更短时间尺度的天气变化。

　　在中国科学院院士安芷生的指导下，中国科学院地球环境研究所等单位的研究人员经过5年多的努力，发现从南海砗磲化石中可以获得日-小时分辨率的古代天气信息。相关论文近日发表在《美国国家科学院院刊》上。我们特约论文第一作者，中科院地球环境所研究员晏宏为读者做相关科普解读。

　　为什么只有古气候学，没有古天气学？

　　气候是大气物理特征的长期平均状态或变化，时间尺度为月、季、年、数年到数百年以上。气候以冷、暖、干、湿这些特征来衡量，通常由某一时期的平均值和离差值表征。而天气是大气物理特征的瞬时态，时间尺度为日、小时、分钟甚至秒，比如一场暴雨、一个台风、一次寒潮等。

　　自人类文明诞生以来，认知气候和天气变化就成为了最重要的工作之一，比如中国古代的历史文献中，就记载了大量气候和天气变化的信息，春秋战国时代诞生了堪称伟大的二十四节气并沿用至今。而在欧洲，古希腊哲学家亚里士多德在公元前300多年就已经著书《气象汇论》，这也是世界上最早的气象书籍。

　　16世纪中期后，欧洲工业的发展推动了科学技术的发展，各种气象观测仪器纷纷发明出来，比如1593年意大利学者伽利略发明温度表，1643年意大利学者托里拆利发明气压表，1783年索修尔发明湿度表等等。这些仪器为建立气象台站提供了必要的条件。地面气象观测台、站相继建立，形成了地面气象观测网。

　　虽然人类发明温度计、气压计等气象观测仪器的时间有近400年，但是早期的观测资料要么没有统一的标准，要么已经遗失，而且在地域分布上也比较稀疏且不均匀。高质量的气象站观测资料最长不过一百多年，大部分的气象站则不到100年。

　　这不足百年的气象资料对于准确理解地球气候和天气的变化并预测未来是远远不够的。为了弥补现代器测资料的短缺，自19世纪中期以来，地质学家们开始利用地球上的各种地质生物载体，如冰芯、海洋沉积、树轮、珊瑚、湖沼沉积、石笋等，来重建地球过去的气候变化，并由此诞生了古气候学这样一门学科。

　　比如利用树轮的宽度重建某一区域过去数千年的温度或者降水变化；利用珊瑚年层的氧同位素和元素比值重建海洋表面的温度变化；利用黄土沉积的粒度来指示过去几百万年东亚冬季风的强度等等。

　　经过一百多年的努力，地质学家们成功地构建了过去6500万年甚至更长时间地球气候变化的框架。这些知识极大地丰富了我们对于地球气候历史的了解，让我们知道了地球历史上曾经存在过超级大冰期、超级大暖期，也存在过剧烈的冰期-间冰期旋回，还帮助我们理解了当前全球变暖在地球气候历史上的地位。

　　虽然古气候学的研究取得了大量的成果，为我们认识地球气候变化提供了重要的帮助，但是我们似乎很少听说古天气学这个词，是古天气研究不重要吗？当然不是。

　　虽然地质学家们开发出了很多古气候研究载体，如冰芯、海洋沉积、树轮、珊瑚、湖沼沉积、石笋等，但是他们能够提供的信息的时间分辨率都太低，通常为数十年到数百年，最高分辨率的载体如树轮和珊瑚，也只能到年或者月。也就是说，我们通过这些地质生物载体获取的，都是几百年平均，最多几个月平均的气候信息。这些信息可以用来理解地球气候(月及以上尺度)的变化，但是无法用于研究发生时间在日-小时甚至更短时间尺度的天气变化。

　　砗磲为何有潜力成为古天气研究载体？

　　首先让我们来认识一下什么是砗磲。

　　砗磲是全球最大的双壳类贝壳，自始新世(距今约5000万年)以来便一直是热带太平洋-印度洋珊瑚礁中的重要组成部分。砗磲寿命能达到甚至超过100年，其碳酸盐壳体生长速度非常快，几十年就能长到1米以上。砗磲壳体通常具有年生长纹层甚至日生长纹层，是一种非常理想的高分辨率全球天气变化历史研究载体。

　　大家知道，我们常见的小贝壳通常是开口向下，可以通过肌肉移动。但砗磲一般都是开口向上固定在珊瑚礁盘上，一辈子都不会移动。这个固定不动的特征对于我们做古气候古天气研究非常重要。如果砗磲不停地移动，那么所记录的气候环境信息就会随位置的改变而受到干扰。好在砗磲一辈子不移动，就像一个海洋气象站一样，在同一个位置不停地记录周边的海洋、天气、气候信息。简直就是天生的“地质气象站”。