物候千百年来，人类通过对物候的观测研究，发现许多大自然现象很有节奏性，周而复始，充满诗情画意。地球上温带和亚热带区域，春夏秋冬四季循环往复，年年岁岁，周而复始。严冬过后，大自然开始复苏，和风荡漾，冰雪消融，大地解冻，草木萌发，自然界欣欣向荣。而后，林木苍翠，百鸟争鸣，飞燕掠水，麦子黄熟，炎热的夏季拉开了序幕。到了秋天，天高云淡，瓜果飘香，层林尽染，候鸟南翔，活跃在田间草际的昆虫便逐渐销声匿迹了。几次寒流侵袭，万木萧疏，河流封冻，大雪纷飞，大地银装，一年中最寒冷的季节到来了。
大自然总是在向人类及时地传递着某种信息，就看人类去如何解读了。自从进入农耕时代，人类就已经注意到物候信息能够准确预报各种农事。譬如桃杏花开了，要赶快春耕；布谷鸟叫了，将要夏收夏种。大自然所表现出的各种现象，好似在用一种特殊的语言向人类提出警示，让人们不失时机地安排农事。
人类对物候现象从无意识观察，到有意识研究和记载，日积月累，年复一年，就成了当地珍贵的物候历，便可以成功地应用于农事活动中。
中国先秦的文史作品中已有了关于物候的记载，比如春秋时代的史学著作《左传》，就记载了候鸟家燕春季飞至山东郯城一带的时间大约在春分日（即3月21日）前后。用这个时间记录和现在比较，能看出郯城在三四千年前的温度比现在高1~2℃。
公元前1000年以前的《诗经》和其后的《夏小正》《吕氏春秋》《淮南子》等，则已经按月记载全年的物候了。而《逸周书·时训解》更把全年分为七十二候，记有每候五天的物候现象，成为完善的物候历。西汉时，著名农学著作《汜胜之书》更以物候为指标来确定耕种时期的记载，如“杏始华荣，辄耕轻土弱土；望杏花落，复耕”。
在中国家喻户晓的唐诗中，只要留意，就能发现不少与物候有关的句子。晚唐诗人张籍的《成都曲》这样写道：“锦江近西烟水绿，新雨山头荔枝熟。万里桥边多酒家，游人爱向谁家宿？”诗句中的锦江是成都市的一条河，在锦江近西的荔枝成熟了。荔枝是一种典型的亚热带植物，对寒冷气候的抗御能力很差，越冬期间，最多只能抗-4℃的低温，一般将-4℃作为荔枝的致死温度指标。1955年，广西桂平县最低气温-3.3℃，荔枝幼树全部冻死，大树枝条冻坏。由张籍的这首诗即可推测，在公元8世纪末至9世纪初，成都的气候比较暖和，适宜于荔枝生长。而今天，四川盆地的荔枝栽培早已移到了川南长江和金沙江河谷相连的一些县份。
在物候记载上，南宋时的吕祖谦是个有心人，他较详细地记载了淳熙七年和八年（1180年、1181年）浙江金华的物候，有蜡梅、桃、李、梅、杏、紫荆、海棠、兰、竹、豆蓼、芙蓉、莲、菊、蜀葵和萱草等24种植物开花结果的日期，春莺初到和秋虫初鸣的时间等，是世界上最早的实际观测的物候记录。明代李时珍的《本草纲目》所载的近2000种药物中，有着极为丰富的植物物候资料，记述了候鸟布谷和杜鹃的地域分布、鸣声、音节和出现时间等，是鸟类物候的翔实记载。
中国现代物候学研究的奠基者是竺可桢。他在1934年组织建立的物候观测网，是中国现代物候观测的开端。为了统一物候观测标准，他在1979年出版了《中国物候观测方法》，逐年汇编出版《中国动植物物候观测年报》，并写出了不朽的著作《大自然的语言》。
其实在世界各地，好多国家很早以前就已经对物候关注了。古希腊的雅典人就根据物候记载编制了农用物候历。英国马香子孙五代，从公元1736年起到20世纪40年代止，对植物、候鸟和昆虫等27种动植物进行了长期观测和记载，成为欧洲年代最长的物候记录。18世纪中叶，瑞典植物学家林奈所著《植物学哲学》一书，概述了物候学的任务，物候的观测和分析方法，并组织了有18个点的观测网，他是欧洲物候学的主要倡导者之一。
1.3.3农业生产的宝典——二十四节气
物候、气候和节气形成系统学，大约始于夏代，夏、商、周、秦、汉，物候学逐渐发展，到二十四节气定型时，达到了古代物候学的一个高峰。二十四节气的确立是历法的范畴，与华夏黄河流域的物候、气候、气象、农时、地域等密切相关，其发展过程，大致反映了上古时代黄河流域的先民为了适应变化的气候环境，抵御气候灾害，努力追求与大自然和谐相处的漫长历程。农耕时代的几千年里，黄河流域就是依靠二十四节气来安排生活和生产活动的，二十四节气是华夏文化的瑰宝。二十四节气的影响由黄河流域扩展到整个华夏大地，又由华夏远播海外。
二十四节气是根据什么创制出来的呢？简单说，是根据地球绕太阳的运行规律制定的。
二十四节气地球不但有规律地绕轴自转，昼夜转一圈，而且还绕太阳公转，每365日5小时48分46秒公转一周。自转结果产生昼夜交替；公转结果产生一年四季。有趣的是，地球公转时，地轴倾斜始终保持一定方向，且与轨道面呈66.5°的交角。当它处于春分和秋分位置时，太阳直射赤道（纬度0°），全球昼夜平分。当处于夏至位置时，太阳直射23.5°N，北半球昼长夜短，而且越向北白天越长，以至到了北极圈内，便呈现出永昼现象（没有黑夜）。到了冬至，太阳直射23.5°S，情况与夏至时正好相反，变得南半球昼长夜短，北半球则昼短夜长，而且越向北黑夜越长，到了北极圈内，就成了永夜（没有白天）。
太阳高度角与昼夜长短随季节发生变化，而这全都取决于纬度的高低。纬度决定了一地太阳高度角大小、昼夜和四季长短，因而也决定了太阳辐射的强度和能量收支的多少。太阳高度角大，地面单位面积吸收辐射能就多；而白昼长、黑夜短，则白天吸收辐射多而夜间支出热量少，温度必然就高。在北半球，夏季昼长夜短，辐射收入多而支出少，因而夏季温度高，冬季温度低。从这里可以看出，二十四节气虽然简明，却内涵深奥，能详细地表示季节的气候变化，对指导农业生产和人们的衣食住行具有普遍意义。
但在四五千年的远古时代，人类并不懂得这些道理，他们还不可能站在太空鸟瞰地球。古时候人们认为天圆地方，这不仅是中国人的观念，全世界都这样认为。在15世纪波兰天文学家哥白尼“日心地动说”问世前，人们一直以为天地是有中心的，华夏认为自己就处在天地的中心，所以叫中国。在认识大自然的漫长过程中，人们已经能用一根竖立着的竿子测量正午太阳影子的长短，并称之为圭表，这就是日晷的雏形。
圭表日晷圭就是夯实的土堆，表就是直立在土堆上的竿子。经过长期探索，人们注意到日影长短和寒来暑往有关，为了准确地测量季节变化，就创造了立竿见影的方法。
一年中正午时分竿影最短的一天为夏至，最长的一天为冬至，竿影为最长和最短中间状态时为春分或秋分，从而确定了冬至、夏至、春分、秋分四个节气。夸父追日的神话故事，就是远古人类对日影的追踪观测。《山海经》中的《大荒南经》记载的也是这方面的内容，根据太阳从哪座山头升起，从哪座山头落下，来判断季节和月份。那时没有节气知识，却知道这样来确定播种期。掌握了冬至、夏至这两个节气，就知道了一年的长度。在这之前，观察花开花谢，草荣草枯，鸟儿迁徙，用物候把握岁月变化，已经积累了一定经验，这些都成了确定季节的起点。掌握了冬至、夏至之后的几千年，人们探索季节规律，沿着物候和天象两个方向发展，逐渐认识了春分、秋分，知道一年有两个时候昼夜等长，时间就在燕子归来和飞去的时候，所谓“玄鸟司分”。
《大戴礼·五帝德》说帝喾“夜观北斗，尽观日，作历弦、望、晦、朔、迎日推策”，或“观北斗四时指向，以定节气；观天干以定周天历度”，可见五帝时期的帝喾已在今天的河南偃师开始探索天象、物候变化规律，划分四时节令，“爻策占验推算历法，穷极变化，颁告天下”，指导人们按照节令从事农畜活动。分出了四时、四方，进而又分出了八节。经过龙纪、云纪、鸟纪节气史上最漫长的各种物候测天时代，又开辟了观星候气的新时代。
物候定季节在夏代结出硕果，观星候气在商代掀起高潮，为后来二十四节气的形成起到了引导作用。春秋时期的《尚书》中有对节气的记述，西汉刘安的《淮南子》中有完整的二十四节气记载。古代气象科学是以气候学为主导的，到《淮南子》时代，古代气候学知识体系已臻于完善。二十四节气的气候描述，在精密的天文定位的基础上已经完全定型了，这是中国古代气象科学发展史上的一个高峰。
二十四节气是相对于黄河中下游地区的农业而言的，起初只适用于黄河中下游地区。随着时间的更替和地域的不同，二十四节气逐渐有了不同的对应含义。
北齐张子信发现太阳视运动不均匀现象，是因为地球公转轨道的椭圆形引起的。隋仁寿四年（604年），刘焯在他的《皇极历》中根据这种不均匀现象对二十四节气提出改革，将周天等分成24份，太阳移行到每一个分点时就是某一节气的时刻，这样安排的节气间隔是不均匀的。
元朝至元十三年（1276年），天文学家郭守敬在河南登封告成周公测影台北侧建造了观星台，对原有的圭表进行了改进。一是加高表柱，表高影长，容易分得细，按比例推算二十四节气的误差可以减少。二是在表柱顶端加一根横梁，其阴影就是表影的尽头，这条界线容易划分清楚，测出来的影长就更加准确。三是设计了辅助仪器景符，可以进一步消除影子虚淡的问题，从而大大提高了测影的精度。四是增加了一个叫做“窥几”的仪器，用肉眼能直接观看横梁与月球或恒星的重合，这样就可以得到与太阳影长性质相同的量。这样的设计，的确是在前人基础上的改革与创新。通过实地测验，郭守敬掌握了日月星辰和地球的运转规律，测定出一年二十四个节气的精确时刻，创制了当时世界上最先进的《授时历》，推算出一个回归年为365天5时49分12秒，与现在的测定仅相差26秒，与世界上通用的《格里高利历》则分秒不差。但《授时历》比《格里高利历》要早300余年。
1.4地球的冷暖波动〖1〗1.4.1地球的冷暖从以上介绍中我们知道，在漫长的历史长河中，地球是在缓慢地发生着冷暖变化的。一般认为，地球绕公转轨道的转动年复一年都是一样的，其实不是。从大的时间尺度来看，它是在按一定周期慢慢变化的。这是因为，木星等巨大星球的引力，造成了地球轨道的扭曲。主要体现在三个方面：一是由于离心率的关系，地球的公转轨道在正圆和椭圆之间反复；二是由于地轴倾斜的关系，地轴与公转轨道发生夹角变化；三是因为岁差运动，地球位于近日点的时间从北半球的夏天到冬天，再从冬天到夏天反复变化。
这些要素各自都有其运转周期。据测算，离心率的变化周期约为9.5万年，地轴倾斜变化的周期约为4万年。而岁差运动比较奇妙，可以近似地认为地轴以2.6万年为周期像快要倒下的陀螺一样画着圆圈。这些要素综合影响的结果，导致地球轨道以数万年为周期发生变化。而在这大的周期变化之中，还会发生数千年甚至数百年周期的冷暖小波动。
得出这样的结论并非易事，因为它耗去了中外无数科学家数年甚至毕生的心血。
早在中国宋代和清代，哲学家和文学家如沈括（1030—1094）、刘献廷（1648—1695）等人就对中国历史时期的气候无常引起了注意，怀疑历史时代气候的恒定性，且提出了各朝代气候变异的事例，但他们拿不出很多实质性事实以资佐证。直到20世纪20年代五四运动之后，中国近代科学得到了推动和发展，才开始应用科学方法进行考古发掘，并根据发掘材料对古代历史、地理、气候等进行研究。
殷墟甲骨文首先引起了学者们的注意。
1899年，在河南安阳的殷墟古址，发现了大量带字甲骨。因为这些骨片主要是龟类兽类的甲骨，所以便将它们命名为“甲骨文”，这是很重要的古汉字资料。
甲骨文的出土，使得商代的传说变成了信史。商代文明取得了大的进步，终于，商代第20代国君盘庚自山东曲阜迁殷（河南安阳）后进入了农耕文明时期。甲骨文中涉及气象方面的骨片很多，有风、云、雨、雾、雷、雹、旱灾等，皆是为了求得与大自然的和谐，希望风调雨顺，以利于农作物的长势，使人们有丰收的年成，生活平安幸福。
现在已经知道，殷墟甲骨文是商王朝时期古文字的重大发现。从另一方面也可以说明，在一个地方能发现甲骨十多万片，可见当时的中原和华北一带河流纵横，水域广阔，盛产鱼鳖等水生动物。除甲骨文之外，还发掘出了大象、虎、豹、貘、水牛、野猪和熊等典型的热带动物残骸。同一时期，在河北阳原地区和陕西也挖掘出大象的残骸。