物候时期是我国历史上从西周到明初时期，长达2500年。竺可桢推断西周时代比如今温暖，因为当时官方比较重要的文件先铭铸在青铜器上，后来就刻写在竹简上。由此，竺可桢推断，“我们可以假设周朝初期的气温可以使竹子类的植物在黄河流域广泛生长”，现在却不再有这种景象，可见当时黄河流域的气候比现在暖和。这种温暖的气候，在不同的年代又有所变化。竺可桢经研究当时的文献后发现：《竹书纪年》上记载周孝王时，长江支流汉水有两次结冰。这种寒冷的气候年代大约持续了一两个世纪，到了春秋时期，气候又暖和了起来。《春秋》这部史书中记载，鲁国的冬天，专门用来为国君采冰的冰房里却得不到冰。而像竹子、梅树这样一些亚热带植物，在《左传》和《诗经》中却多次提到。到了战国时期，黄河流域的气候依然很温暖。竺可桢引用了荀子的话：“今是土之生五谷也，人善治之，则亩益数盆，一岁而再获之。”所谓“再获之”，就是田里的庄稼一岁两熟，这种现象如今只有在我国南方才可能发生。
秦和西汉，气候继续保持温暖。司马迁在《史记》中记载道：“蜀汉江陵千树橘，陈夏千亩漆，齐鲁千亩桑麻，渭川千亩竹。”当时的黄河流域一带繁茂种植和成长着亚热带的植物橘、漆、竹、桑等。
到了东汉以至三国时期，气候又逐渐变冷。竺可桢指出：“东汉时代即公元之初，我国天气有趋于寒冷的趋势。冬天气候严寒，晚春时节，国都洛阳还降霜降雪，冻死了不少穷苦百姓。”他引用了《三国志·魏书·文帝纪》中对于魏文帝曹丕在公元225年活动的记载：“冬十月，行幸广陵故城，临江观兵……是岁太寒，水道冰，舟不得入江，乃引还。”广陵，即如今的江苏省扬州市，典型的江南气候，可是，当时的冬天却河道结冰，不能行船，曹丕只好返回。竺可桢根据司马光《资治通鉴》晋咸帝咸康二年纪事指出，寒冷的气候直到公元4世纪前半期达到顶点。在公元366年，渤海湾从昌黎到营口连续三年全部冰冻，冰上可以来往车马及三四千人的军队。这一切足以证明当时的气候是很冷的，这种情况一直延续到西晋、东晋和南北朝，也就是公元6世纪末。
隋唐时代，中国的气候又变暖了。竺可桢引用了大量古代典籍、诗词以及有关当时物候的记述。
唐代的《梅妃传》中记载：唐玄宗李隆基的爱妃江采十分喜爱梅花，她住的寝宫四周种了许多梅树。每当花期，这里花团锦簇，清香扑鼻。因此，她被称为“梅妃”。由此可见，梅树，这种适宜在南方栽种的观赏树木，当时在北方的长安（今西安）一带生长得十分繁茂。
可是，到了宋代，在长安、洛阳一带，人们却看不到梅花了。宋代大诗人苏东坡在他的一首咏杏花的诗中写道：“关中幸无梅，赖汝充鼎和。”
他的诗说的是，幸好关中一带没有梅花了，就用杏花你来充数也不会有人发现。
与苏东坡同时代的另一位大诗人王安石，曾在一首诗中嘲笑北方人到南方去，错把梅花当成杏花的事：“北人初不识，浑作杏花看。”这些诗句都证明了这时期黄河流域已不见梅花，气候又开始变冷。
南宋时期，由于金人入侵，宋都城由开封迁往杭州，寒冷的气候仍在继续。竺可桢引用了《砚北杂志》上的记载论述道：“这时期第一次记载江苏、浙江之间拥有2250平方公里面积的太湖，不但全部结冰，且冻得十分坚实，足可通车。”
方志时期，是我国历史中的明清时代，前后共历时500年左右。
竺可桢对于这个时期气候的研究，主要采用前人记载所提供的太湖、鄱阳湖、洞庭湖、汉水、淮河结冰年份的统计，以及东南沿海亚热带地区降雪落霜年的统计来分析这一历史时期气候的变化。
在分析研究的基础上，竺可桢得出结论：“这在500年中我国的寒冷年数不是均等分布的，而是分组排列。……以17世纪为最冷，共14个严寒冬天；19世纪次之，共有10个严寒冬天。”
竺可桢对这一时期气候研究的结论，在20世纪80年代，又一次被他的后继者的研究结果所证明。
运用古代典籍、史书及诗词中所载物候材料来进行古气候的研究，这是竺可桢的首创，同时，这也是一种十分有效的方法。但是，为了得到那些有价值的、禁得起验证的材料，竺可桢曾在卷帙浩繁的古代典籍文献资料中做了多少梳理和选择的工作啊！这种选择、整理，去粗取精、去伪存真的过程，更充分地表现了竺可桢在科学研究中坚忍不拔、严谨求是的精神。
—次，竺可桢查阅到唐代诗人钱起的一首诗，诗的题目是：《赠阙下裴舍人》。诗中写道：“二月黄莺飞上林，春城紫禁晓阴阴。”诗中有时间，有地点，有黄莺鸟，这正是竺可桢所需要的有关古代物候的材料。
可是，再细细一推敲，竺可桢发现不对，诗中所说的唐代的二月，都城长安是不会有黄莺的。因为黄莺是一种候鸟，它们秋去春来，一般在仲春时节的四月才会在黄河流域的长安出现。
为了验证自己的分析，竺可桢又查阅了古代典籍《礼记》。在《礼记·月令》中，他找到了“仲春之月仓庚鸣”的记载。仓庚就是黄莺鸟，竺可桢果断地剔除了这类不真实的材料。
就这样，竺可桢年复一年坚持不懈地工作，如同沙里淘金一般，搜集、归纳、整理了大量有价值的材料。在此基础上，他写出了关于我国历代气候研究的重要著作———《中国近五千年来气候变迁的初步研究》。
1973年，竺可桢83岁了。这一年，他的《中国近五千年来气候变迁的初步研究》几经修改，披阅数载，最后定稿。这是竺可桢近五十年辛勤劳动的一个总结，是他致力于毕生钟爱的气象研究、物候研究、古代气候研究所结出的硕果。五十年，在人类历史的长河中不过是短暂的一瞬，但对于竺可桢来说，则是他倾注着心血和汗水的大半生。
4．未了的心愿
竺可桢在《中国近五千年来气候变迁的初步研究》中，系统地阐述了我国五千年来的气温变化，其中最重要的结论是：在中国五千年历史中，最初两千年黄河流域的年平均气温比现在要高出2℃左右，冬季的平均温度要比现在高3℃—5℃，当时黄河流域的温度与现在的长江流域相似。这之后的三千年里，历代气温有一系列的冷暖波动。有时高，有时低，每次波动的周期为四百至八百年，平均温度变化范围为1℃—2℃。每个波动周期还可以分为五十年到一百年的小循环，温度变化范围为0．5℃—
1℃。
中国历史上最低温度出现在公元前1000年（周初）、公元400年（东晋）、公元1200年（南宋）和公元1700年（清初）。汉唐两代则是比较温暖的时代。竺可桢在论著中明确指出：这种气候的周期性变迁是世界性的。对于竺可桢研究古代气候所运用的方法和所得出的结论，有些人是持怀疑态度的。竺可桢希望能运用当时世界上最新的科研手段加以验证。
竺可桢从1965年出版的一本外国科技著作中了解到，位于北欧的丹麦，一位哥本哈根大学的物理学教授发现了一种新方法，可以测定古代的气候。
这种方法是：在丹麦北部的格陵兰岛，用钻机采集冰样。因为格陵兰岛的气候十分寒冷，积雪终年不化，岛上常年冰雪覆盖，这里地下厚厚的冰层是在几十年、几百年甚至几千年的岁月里一层层积淀而成的。用钻机取样，钻头不断下钻，冰样一点点被取出。根据取出的冰样，测定冰样的年代。然后，根据冰样里所含的氧分子中的同位素比例（气温每增加1℃，冰样里氧18同位素就增加0．69‰）。据此进一步测定出冰样冻结时的气温。
这是一种运用现代高科技手段的新方法，这种方法的运用同样可以检验竺可桢关于古代气候研究的结果。竺可桢十分高兴地记下了这本书，并细心地作了索引。他一期不落地认真阅读外文科技期刊，像一个盼望着收成结果的农民一样，盼望着遥远的格陵兰岛的测定结果。
“文化大革命”运动打乱了一切正常的秩序，竺可桢自己订阅的几种外文科技杂志被“造反派”强行取消。阅读外文科技杂志，是竺可桢几十年养成的习惯。他的日记中，记录了许多他从外文科技杂志上看到的最新科技成果、国外同行的科研动向及信息。这不仅是他科研工作的需要，而且成了他生活中不可缺少的部分。
于是，竺可桢只好到中科院情报所去阅读这些期刊。每次，他都要挤着乘公共汽车上上下下几趟，才能读到他心爱的期刊。“文革”中，即使在科学院，借阅外文科技期刊的人也寥若晨星，只有这位白发苍苍的中国科学院副院长，中国气象学界的泰斗，拖着病弱的身躯，克服种种困难，定期来到这里，如获至宝地捧读这些无人借阅的外文期刊。
终于，竺可桢从这些期刊上，看到了他期待已久的古气候测定结果。
1969年，英国《自然》杂志第17期，刊登了用哥本哈根大学教授的测定方法所测定的格陵兰岛近1700年来的气温升降图。
1972年，美国的《科学》杂志第25期，刊登了格陵兰岛近三千年来的气温升降图。
竺可桢把自己研究的中国历代气候变迁的周期，绘制成了表示气温高低的曲线图。当他把这张标示着几千年来中国历代气温的曲线图和来自格陵兰岛的气温升降图放在一起比较时，竺可桢惊喜地发现，两条曲线的波动几乎是一致的：公元4世纪（西晋到东晋时期），中国的气候比较寒冷，而格陵兰岛那时期的气温也很低。
唐代的中国，气候比较温暖，而格陵兰岛在那时期也较温暖。
南宋和明末清初，都是中国历史上的低气温时期，而格陵兰岛在那两个时期也先后出现了降温的情形。
……
《中国近五千年来气候变迁的初步研究》既运用了大量中国古代的文献典籍，又运用了现代科学的最新研究成果，博大精深，立论严谨。竺可桢的论著积五十年的研究，得出了历史气候变化定量分析的结论，这样的研究成果在国际气象学界也是罕见的。
论著发表后，受到了国内外科学界的重视。许多国家的自然科学杂志转载了竺可桢的著述，并配发了评论。
日本气候学家吉野正敏说：
在气候学研究的历史中，竺可桢起到了巨大的作用。他有关古代气候研究的论著，走在了世界的前面。
英国的《自然周刊》评论道：
竺可桢的论点是特别有说服力的，他的论著着重阐述了历史上气候变迁的经过。西方的气候研究学者无疑将为得到这篇综合性研究文章而感到十分高兴。
竺可桢的论著在国外被翻译成11种文字出版发行。
1973年5月27日，周恩来总理在人民大会堂会见美国科学家代表团。竺可桢参加了会见。
这一天，北京的天气格外晴朗，花儿在庭院里静静地怒放，燕子在碧空里往来穿梭。美国客人到来之前，周总理和竺可桢亲切交谈起来。
那一时期，全世界气候异常现象增多，引起了各国科学家的广泛关注。国际上流行着一些悲观的论点，认为“世界将进入小冰河期”，“人类将面临一个缺粮的时代”。而竺可桢的研究成果则表明，地球上气温的变迁是自古就有的，是周期性的，所以是正常的。
周总理高兴地对竺可桢说：
“你写的《中国近五千年来气候变迁的初步研究》我看到了。祝贺你取得的成果，你的成果在国际上受到欢迎，为中国科技界争了光。”
周总理工作十分繁忙，还抽时间看自己的专业著述，竺可桢为周总理对科技工作的关切所感动，也为总理的祝贺而欣慰，他轻声地说：“也有一些意见，说是厚古薄今。”
周总理有力地挥了一下手说：“什么厚古薄今，这是古为今用嘛！不能沾了点儿古就说是厚古薄今。今是从古演变过来的。充分认识历史上气候变迁情况，掌握气候变迁规律，对于气候的长期预报是很有用处的。”
竺可桢接着说：“我尽了毕生之力研究，写了这篇文章。但是，说明的问题无几，而引起的问题却不少。”谈到问题，周总理十分感兴趣地提道：“最近世界上关于气候变迁有不少讨论，特别是谈到小冰河期的问题很多，你们对此应当写出相应的文章。”
会见了美国客人以后，周总理并没有马上离去，他又接着刚才的话题同竺可桢交谈起来。
周总理问竺可桢：“你今年多大岁数了？”“我今年83岁了。”竺可桢说。
“现在到21世纪还有四分之一的时间。”周总理笑道，“郭老再有19年才100岁，你再有17年才100岁。章士钊先生写书写到92岁，你还可以写出不少书来。”
竺可桢笑着答应了总理的期待：
“我写书也写到92岁吧！”
第二天，竺可桢召集科学院有关人员到他家里来，给他们传达了周总理对科学家们的希望和对气候变迁问题进行更深入研究的要求，并商量决定以此为题召开个座谈会。
几天后，座谈会如期召开。可是，竺可桢的肺气肿转成了肺心病，他的身体极度虚弱，呼吸都很吃力。但他强撑着抱病出席了座谈会，在会上勉强支持了两小时，回到家里就倒在了床上。
竺可桢心里清楚地知道，对于气候变迁的研究，还有很多工作要做。他对自己的一个学生谈道：“《中国近五千年来气候变迁的研究》中，只谈了历史上气候如何变迁，而没有涉及历史上的气候为什么会变迁。只谈了How，而没有谈Why。”