说到气候，不能不提物候学创始人竺可桢。他积50多年物候观察的亲身经验，分析中国5000年气候变化。1972年，竺发表《中国近五千年来气候变迁的初步研究》，这一穷尽毕生心血的研究成果，揭开了中国历史上气候变化的神秘面纱。在深陷全球变暖危机的今天，仍然具有科学意义。

竺可桢将中国5000年的气候变化分作考古、物候、方志和仪器观测四个时期。竺以冬季温度作为气候变动的指标，大致划分为四个温暖期和四个寒冷期。

第一个温暖期出现在公元前3000年至前1100年，长达2000年以上，大约相当于新石器晚期和夏商时期。这也是历史上的“气候最宜时期”，竺将其称为“考古时期”。他从殷墟出土的象、貘、竹鼠、犀牛和野猪等热带和亚热带动物的化石判断，黄河流域当时的气候比现在温暖湿润得多，大部分时间年平均温度高于现在2℃左右，1月份平均温度大约比现在高3－5℃。竺的判断得到了文献佐证。甲骨文记载商王武丁曾猎获一头野象，而现代野象只栖息在西双版纳密林中。

第一个寒冷期约250年，结束于前8世纪中叶，相当于西周时期。先秦文献记载周王“驱虎豹犀象而远之”，这其实有冒贪天功之嫌，应该是中原地区气候转寒，迫使喜暖动物南迁的结果。《竹书纪年》记载周孝王七年“冬，大雨雹，牛马死，江汉俱冻”，江汉流域现在都不封冻，说明寒冷气候已经影响到了长江流域。

第二个温暖期涵盖了春秋、战国、秦和西汉，至公元初结束，持续700多年，这也是中国历史上的繁盛时期。汉武帝刘彻时（前140－前87），司马迁作《史记》，在《货殖列传》中描写当时经济作物的地理分布：“蜀汉江陵千树橘；……陈夏千亩漆；齐鲁千亩桑麻；渭川千亩竹。” 橘、漆、竹皆为亚热带植物，当时均超出现今分布限度的北界，证明气候要比现在热多了。公元前110年，黄河在瓠子决口，为了封堵，汉武帝斩伐河南淇园的竹子，编成容器以盛石头，来堵塞黄河决口（《史记•河渠书》），可见那时淇园一带竹子是很繁茂的。

第二个寒冷期约当东汉、魏晋南北朝时期，到公元6世纪结束，持续600年。气候转冷，中原王朝的国力也转弱。三国时代曹操（155－220年）在铜雀台种橘，只开花而不结果，唐李德裕在《瑞桔赋·序》中说：“魏武植朱于铜雀，华实莫就”，气候已比前述汉武帝时代寒冷。

黄初六年（225）冬十月，魏文帝曹丕陈兵广陵（今淮阴），准备大举伐吴。这一年大寒，水道结冰，兵船无法从淮河进入长江，魏军不得已退兵。这是我们所知道的第一次有记载的淮河结冰。竺可桢据北朝贾思勰《齐民要术》记载的桑、枣、桃的开花时间，推测当时的黄河以北地区，物候比现代推迟2至4周，气候也比现在冷。

据《资治通鉴》，公元334年开始，渤海连续三年结冰，前燕慕容（huàng）率兵马、辎重从昌黎出发，踏冰行军三百余里，奔袭辽东，讨伐叛将慕容仁。对这次渤海结冰，当时人的理解是，慕容仁“叛弃君亲，民神共怒”，前此大海从未封冻，而自慕容仁造反后，渤海连续三年封冻，这是天意“欲使吾乘海冰以袭之也”。

在北方海水结冰足以承载大军行进时，南方长江流域结冰也不薄。南朝这时在南京覆舟山建立冰房，用以保存食物新鲜，使其不致腐烂。南朝都城在建业（今南京），要把覆舟山的冰房每年装起冰来，可以断定，当时冬天要比现在大约冷2℃，年平均温度比现在低1℃。

隋唐是中国的第三个温暖期，持续400多年，到9世纪末结束。史载唐高宗650年、669年和678年，长安冬季都无冰无雪；唐玄宗李隆基时（712－756年），皇宫里栽有梅树，妃子江采苹因其所居种满梅花，所以称为梅妃；玄宗还在宫中种植柑橘，大诗人杜甫《病桔》诗，即提到李隆基种桔于蓬莱殿，段成式《酉阳杂俎》（卷十八）说，天宝十年（751）秋，宫内有几株柑树结实一百五十颗，果实味道“与江南所进无异”。

唐代农作物的生长季节也比现在长。开元十九年，扬州首次出现双季稻的记载，其粒与常稻无异。竺可桢据以上推测，当时最高年气温比魏晋南北朝高3度，比今天也要高出1℃左右。