中世紀溫暖期時宋朝為何出現了嚴寒？

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公元10至14世紀中世紀出現較為溫暖的時期，歐洲人口增加，農耕擴大，而中國於12至15世紀進入較為寒冷期。請問這是什麼原因？

一. 南宋寶佑五年的年底不太尋常

在快要迎來春節的某個日子，臨安市民們驚異的發現，西湖，竟然封凍了。那一天，是寶佑五年十二月戊子，公元1258年1月13日。江南錦繡之地的西湖，居然因為一次結冰而被載入史冊——某個不知名的史官在《宋史全文》卷三五里，寫下了這樣四個字：「西湖冰合」【1】。

對於現代人，見過類似場景的人也不多。近幾年，哪怕只是結上薄薄的一層冰都能登上當地的報導成為大新聞，引得八方遊客紛至沓來。冷如08年南方冰雪災害之時，西湖也只是在局部結了較厚的冰，仍保有較大面積的水域。據說1930年、1977年都能夠在湖上溜冰，但也未聽聞達到「冰合」的程度。

02月3日早晨,杭州雪後初晴,氣溫降至零下3℃以下,西湖出現大面積結冰現象。氣候專家說,西湖如此大面積的結冰,只在1977年1月出現過。

(http://www.19lou.com/forum-1272-thread-17021453282013694-1-1.html)

2016年初，北極點短暫突破零度引起的餘波橫掃中國大地，一波強烈的史詩級寒潮給人們留下深刻的記憶。但即便如此，西湖也只是結了一點點冰，聊表一下對於「史詩級寒潮」的微小「敬意。

（天太冷，杭州西湖出現小範圍結冰-新華網）

二、長期以來，對古代氣候的追蹤只能在史書里尋覓刀筆之吏留下的蛛絲馬跡

這樣的記錄如果不是湮滅於戰火與動蕩，就是僅有隻言片語，而且都是感性描述和物候記錄，科學意義有限。幸運的是，隨著地球科學的發展，越來越多的技術手段被運用到重建古氣候的工作上去。當代的地球科學工作者（像 @蕭楚這樣的），已經可以綜合運用石筍、樹木年輪、冰芯、黃土沉積物、深海沉積物、深湖沉積物等生物和地質記錄來恢復古代的氣候規律。

2013年，由政府間氣候變化專門委員會（IPCC）出具的氣候報告AR5里，便首次加入了人類歷史尺度的古氣溫重建，同時公布的還有相關的數值模擬。更為貼心的是，他們專門區分了不同的大洲。

（中部粗黑線是重建值，是根據地質和歷史記錄回復的古代溫度；粗紅線是數值模擬溫度。【2】）

上圖可見：

10世紀，歐洲氣候非常溫暖；亞洲氣候也較溫暖。
11世紀，歐洲氣候略有降溫，但也算暖；亞洲氣候同樣降溫，變得偏涼；
12世紀，歐洲氣候先大幅降溫，中後葉快速升溫；亞洲氣候早期中幅降溫，中後葉中大幅升溫。
13世紀，歐洲和亞洲都在降溫，而且都在中葉發生過顯著的降溫事件：大約就是13世紀五十年代的某個時候。
14世紀，歐洲緩慢升溫，亞洲快速升溫。
這裡需要注意的是，史書中的描述與整體重建的古氣候可能有衝突，這是因為氣候快速變化的時期，上下波動也會十分劇烈，而史書的感性描述無法剔除劇烈波動的影響。
還需要注意的是，這裡的數據只是「亞洲」這個地理區域的整體性，在局部可以出現細節的波動甚至不同。受採樣地區和數據的影響。

所以，本問題前半句描述不成立——歐洲和亞洲在10至14世紀的溫度趨勢，其實是一樣的，並不存在歐洲在10-14世紀溫暖，亞洲在12-15世紀降溫——而且哪有這麼比的……歐洲在12-15世紀還不也是總體降溫趨勢，只是細節不同而已。

但是，為什麼13世紀中葉開始突然變冷？為什麼1258的臨安那麼冷？

三、科學家們覺得，他們近幾年應該鎖定了兇手

（冰天雪地取芯圖）

每年的降雪，都會攜帶那一年空氣里的塵埃與氣體，在冬天降落，然後化掉。但在一些下的雪比化的雪多的角落，上一個冬天降下的雪，會用一年的時間堆積、擠壓成冰，成為下一個冬天到來時的「地表」——格陵蘭冰蓋和南極冰蓋。於是，就有這麼一群人，拉著各種鑽井設備躲在南極和格陵蘭島的冰天雪地里。他們四處鑽孔打井，從冰蓋里取出一根根冰柱子，然後把它們拉進專門的低溫實驗室凍起來。

利用冰芯里封存的氣泡和灰塵，科學家們可以做很多工作。其中有一項，就是分析塵埃中的硫酸鹽含量。當科學家們逐漸建立起歷史時期大氣硫酸鹽含量曲線時，發現了許許多多的峰值，其中，也包括1258年的一個峰值——它是南極洲和格陵蘭島位列第二的硫酸鹽含量。

（1258年的南北極大氣硫酸鹽含量，在2500年中位列第二.【3】）

四、這些大氣硫酸鹽塵埃的峰值，是古代火山噴發的結果

2010年5月，冰島的一場火山大爆發重創了整個歐洲的航空業，一度導致大量乘客滯留歐洲各地的機場，引發了不小的麻煩。2011年，冰島的 Grimsvotn 火山又發生了一次劇烈的噴發，歐洲人民拍到了這樣的畫面——

（火山塵埃衝破雲霄，衝破12英里（約19.2km），直達平流層）

火山噴發是唯一可以將大量灰塵送入平流層的地表自然活動——核彈洗地這種人民群眾喜聞樂見的娛樂活動不在此列——這些細小的火山灰會在缺少大氣活動的平流層里停留很久，形成瀰漫全球大氣的塵埃層。就像給地球打了一把遮陽傘一樣，將相當一部分太陽能量懟回去。同時，它們的徐徐降落也會在全球的大氣降塵里露出馬腳。這便是大家很熟悉的核冬天效應——在這裡也叫火山冬天效應。

根據火山爆發指數（VEI， Volcanic Explosivity Index ）的不同，火山活動噴發的物質體積呈指數變化，對地球造成的降溫能力也各不相同。2011年看似兇猛的這次噴發，VEI指數僅僅是4而已【4】——人畜無害的級別。

（引自維基百科）

從6級往上，大約就開始對當年的氣候有所影響了。1991年爆發的皮納圖博火山，在當年和次年引起了世界範圍的氣候異常。引起1816年全球涼夏的坦博拉火山爆發是個VEI指數為6.9~7的大爆發，光榮地成為人類有觀測記錄以來規模最大的火山爆發。

誰能拋射更多的塵埃（火山灰，就是洗臉那個，23333）進入平流層，誰才是大爺。

根據這一點，科學家們建立了一個新的指數： 全球火山氣溶膠（輻射）強迫 （單位W/m^2，是不是很眼熟？）

（最近2.5ka火山活動引起的輻射強迫與溫度變化：強迫質越低的，）

雖然沒有看到1257年火山噴發物體積的數字（應該有但我懶得找了），但1257年的那次火山噴發對太陽輻射的減弱能力大大超過坦博拉火山噴發——如果說坦博拉火山帶來了全球涼夏，那麼1257年的火山爆發讓西湖在來年一月結個冰，看起來很輕鬆愉快嘛。

五、找到了作案證據，但誰是兇手呢？

（這份冰芯的5世紀火山活動記錄不顯著。當然原因有很多，也不排除人為造成的誤差甚至錯漏。【5】）

2015年，一個研究團隊宣布，他們終於找到了這個人類文明史上最強烈噴發（至少他們和相當一批科學家這麼認為，但似乎5世紀的那幾次也不差）的所在地。

印度尼西亞，Lombok島，Rinjani火山，Samalas大爆發。

（Lombok島的這座火山於2016年9月再次開始活動）

但別誤會——1257年爆發形成的，是這個萌萌小火山背後的巨型圓坑。這是一個南北長約5.5km，東西長約8.5km的巨型破火山口（caldera，你要是了解美國的黃石火山，應該對這個詞不陌生）。破火山口東側（上圖左邊）是Rinjani火山主峰，高約3600m。

這次巨大的爆發大約發生在1257年春末或夏季，炸掉了Rinjani火山的頂。落在火山周圍的火山碎屑物，大約是1815年坦博拉火山周邊降落物的2倍【6】，而它拋射進平流層的物質也自然比坦博拉火山多得多。在VEI指數上，研究者將它投在7的區間里，把坦博拉火山放在6.9的位置上。

六、就這樣，1257年的那個夏天，一個幽靈又一次籠罩了全球

這個幽靈從Salamas大爆發的巨響中再次蘇醒，從大洋洲扶搖直上，飄到亞洲，飄到中東，飄過地中海，飄到歐洲。飄到格陵蘭，也飄到南極洲。

它放出熔岩，蹂躪萬物；它掀起海嘯，收割生命；它降下酸雨，破壞收成；它帶來減產，散播饑饉；它遮蔽陽光，帶來凜冬。它為南國帶來路邊凍骨，將北國的馬刀磨得鋒利；它促成戰爭，毀滅王朝。

它從6世紀的三次強烈火山爆發里走來，在13世紀中葉給臨安市民帶去西湖冰合，又在15世紀中葉再臨人間。

（536年開始的一連串強力火山爆發導致劇烈的氣溫下降；那個年代，北魏王朝覆滅。這個圖將人類歷史的一系列重大事件與古典時代火山活動和溫度波動對應了起來，非常非常有趣，值得仔細賞玩。a圖是俄國境內地質記錄重建的古溫度，b圖是阿爾卑斯山的地質記錄重建的古溫度。【7】）

南宋的氣溫，就這樣在1257年的春夏之交被一場萬里之遙的火山大爆發拉下了水。

然後非常不巧的趕上了一段持續數十年的太陽輻射水平下降階段，火山因素和太陽因素的強強聯手，終於讓全世界於13世紀後半葉至14世紀初得了一場重感冒。

七、蒙哥汗生命里最後的遠征

（這裡是純演藝，如有雷同，絕對巧合）

1258年的那個涼涼的秋天，蒙哥汗策馬揚鞭，馳騁向南。大汗並不知道，遙遠的臨安城下，西湖竟在半年前冰封過。他只知道，北地的上個冬天不太好過——牲畜死傷甚多，百姓損失慘重，下個冬天還不知道會不會那麼難熬，聽說北邊現在又已經冷得不行了。一些小部族去年冬天過的很慘，現在正陸陸續續往南尋找新的草場和過冬地，下面才報告上來一大批小衝突……北境不太平啊！主力都在南方和西部，北邊這時候千萬別出什麼亂子才好。

看來是時候趕緊結束南方戰事，回北邊穩定一下邊疆了。打了幾十年，竟然打成了消耗戰。憶及往事，大汗又想起當年那個年輕壯實的小夥子，現在竟也白了鬢角。

包圍圈已經形成，是時候開始決戰了。這一次，我要親征——親率主力，速戰速決。

「再說了，北邊冷死個求了，老子要去南方過冬」

八、南宋的旗幟，在寒風中從臨安城頭降下

至元十三年正月（1276年），臨安城內一片死寂。西子湖畔，殘垣斷壁，屍橫遍野。已經沒有什麼人在意，這是西湖連續多少年封凍了。或者，曾經在意過的人早已不在這裡，而在這裡的人並不在意。朔風呼嘯，雪花落在北境騎士的鎧甲與刀劍上。征服者的馬蹄，從混著血污的雪地上踏過。

不斷有部族從北境南遷。自大汗死後，南遷流民早已數不勝數。他們趕著牛羊，拖家帶口越過長城。沒有人膽敢阻攔，只能任由他們自己找地方安頓下來。好在終於打下了臨安和江南，至少明年的口糧暫時不會缺了。

忽必烈不會知道，如果不是從大汗死後開始的連年的寒冷，他的敵人不會這麼快就耗盡國力，宣告敗亡。也許，他這個征服者，還要晚上幾十年才能站在雪後斷橋邊，欣賞這片合冰西湖吧。

可是歷史沒有如果。南宋終究還是在寒冷的13世紀後期宣告敗亡。

凜冬已至。

（亂入一個……）

九、地質歷史沒有如果，太陽活動也沒有如果

誰會想到，從南極洲脫離下來的澳洲板塊，竟然是讓1258年的臨安城迎來寒冬的罪魁禍首？

（西湖冰合，就這樣與遙遠南半球的一條俯衝帶前方火山島弧掛上了鉤）

誰會想到，遙遠印度尼西亞孕育的一座火山，竟然把全世界一腳踹進了人類文明史上最嚴重的一次火山冬天？

誰會想到，正好緊隨在火山噴發之後的一次太陽周期性萎靡，竟然大大加重了Salamas大爆發的火山冬天效應。

又有誰會想到，這兩個分別來自地球內部和太陽內部的洪荒之力，竟然影響著這個星球上王朝的興替。

也許這就是地質學的某種神奇吧。

太陽活動規律，那也是恆星地質學的研究規律嘛……（逃）

感謝閱讀。

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本回答已同步發佈於專欄：必應背景0527：從印尼的火山噴發，到臨安的冰封西子。 - 知乎專欄

歡迎有意者前去打賞（再逃）

參考文獻：

【1】張全明. 南宋兩浙地區的氣候變遷及其總體評估[C]// 宋史研究論叢第10輯. 2009.

【2】 IPCC, 2013：決策者摘要。政府間氣候變化專門委員會第五次評估報告第一工作組報告-氣候變化2013：自然科學基礎。[Stocker, T.F., 秦大河, G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex 和 P.M. Midgley (編輯)]。劍橋大學出版社，英國劍橋和美國紐約。（http://ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg1/WG1AR5_SummaryVolume_FINAL_CHINESE.pdf）

【3】 Sigl M, Winstrup M, Mcconnell J R, et al. Timing and climate forcing of volcanic eruptions for the past 2,500 years.[J]. Nature, 2015, 523(7562):543.

【4】 Cabré J, Aulinas M, Rejas M, et al. Volcanic ash leaching as a means of tracing the environmental impact of the 2011 Grímsv?tn eruption, Iceland[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2016, 23(14):1-16.

【5】 Oppenheimer, C. (2003). Ice core and palaeoclimatic evidence for the timing and nature of the great mid-13th century volcanic eruption. International Journal of Climatology, 23(4), 417-426.

【6】 Lavigne, F., Degeai, J. P., Komorowski, J. C., Guillet, S., Robert, V., Lahitte, P., ... Wassmer, P. (2013). Source of the great AD 1257 mystery eruption unveiled, Samalas volcano, Rinjani Volcanic Complex, Indonesia. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(42), 16742-16747.

【7】 Buntgen, U., Myglan, V. S., Ljungqvist, F. C., McCormick, M., Di Cosmo, N., Sigl, M., ... Kaplan, J. O. (2016). Cooling and societal change during the Late Antique Little Ice Age from 536 to around 660 AD. Nature Geoscience.

特别致謝：古典時代晚期一次改變人類歷史的未知火山事件被確認了來源！ - 知乎專欄學生 - 知乎的這篇文章為本文提供了靈感

題主說的是10世紀——14世紀，其實在這個長達400多年時間裡，有過由溫暖濕潤向寒冷乾燥，再小幅回暖的過程。
1000年——1100年氣溫開始直線下降
1100年——1200年左右為南宋寒冷期
1200年——1300年大致為元代溫暖期
如圖：

值得一提的是，隨著寒冷氣候的來臨，導致北方少數游牧民族大量南遷，戰亂頻繁，威脅中央王朝統治。同時寒冷氣候同樣衝擊了北方漢族地區，北方農業生態被破壞，兵災不斷，間接導致了北方經濟的衰落，中國經濟中心進一步南移……
從近2000年的氣候變化來趨勢看，前1000年相對溫暖濕潤，而後1000年相對寒冷乾燥。
地球氣候變化與太陽黑子周期，太陽輻射，大氣環流，地球下墊面和地震等天文和地理因素有關，同時人類活動（如對植被的破壞）也在一定程度上影響了氣候變化。
至於題主問的是啥原因，哈哈，鄙人才疏學淺我也不知道，可能一千面前的宋朝趙家人也很絕望啊！

雖然女神已經回答了，不過我還是插一句吧。

關於題主的問題和描述，其實應該屬於兩個問題。

第一，中世紀暖期出現嚴寒的問題。其實，按照經典氣候學的解釋，氣候是平均的大氣狀態（具體概念忘了）。中世紀暖氣階段性平均溫度高於長期平均溫度，但不保證每年的溫度都高於長期平均溫度。在中世紀暖期出現嚴寒，並非不可能。此外，小冰期溫度相對較低，但也存在極端高溫，如1743年。

第二，中世紀和中世紀暖期最早是西方的概念，簡單套用到中國是不合適的。在過去2千年，中國在公元 1-200年、551-760年、941-1300年及 20世紀氣候相對溫暖，其他時段則相對寒冷（葛全勝）。那麼，歐洲暖不暖是一回事，中國冷不冷是另一回事。況且，簡單就中世紀暖氣而言，中國的東部和西部也存在差異。另說一句，中世紀暖期也有叫中世紀異常期的。

所以我有時候會想，太陽系會不會經常穿過銀河系的一些「雲層」？可是人類的眼界太小，無法預測這些太陽系尺度大小的「天氣」。