說到氣候，不能不提物候學創始人竺可楨。他積50多年物候觀察的親身經驗，分析中國5000年氣候變化。1972年，竺發表《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》，這一窮盡畢生心血的研究成果，揭開了中國歷史上氣候變化的神秘面紗。在深陷全球變暖危機的今天，仍然具有科學意義。

竺可楨將中國5000年的氣候變化分作考古、物候、方志和儀器觀測四個時期。竺以冬季溫度作為氣候變動的指標，大致劃分為四個溫暖期和四個寒冷期。

第一個溫暖期出現在公元前3000年至前1100年，長達2000年以上，大約相當于新石器晚期和夏商時期。這也是歷史上的“氣候最宜時期”，竺將其稱為“考古時期”。他從殷墟出土的象、貘、竹鼠、犀牛和野豬等熱帶和亞熱帶動物的化石判斷，黃河流域當時的氣候比現在溫暖濕潤得多，大部分時間年平均溫度高于現在2℃左右，1月份平均溫度大約比現在高3－5℃。竺的判斷得到了文獻佐證。甲骨文記載商王武丁曾獵獲一頭野象，而現代野象只棲息在西雙版納密林中。

第一個寒冷期約250年，結束于前8世紀中葉，相當于西周時期。先秦文獻記載周王“驅虎豹犀象而遠之”，這其實有冒貪天功之嫌，應該是中原地區氣候轉寒，迫使喜暖動物南遷的結果。《竹書紀年》記載周孝王七年“冬，大雨雹，牛馬死，江漢俱凍”，江漢流域現在都不封凍，說明寒冷氣候已經影響到了長江流域。

第二個溫暖期涵蓋了春秋、戰國、秦和西漢，至公元初結束，持續700多年，這也是中國歷史上的繁盛時期。漢武帝劉徹時（前140－前87），司馬遷作《史記》，在《貨殖列傳》中描寫當時經濟作物的地理分布：“蜀漢江陵千樹橘；……陳夏千畝漆；齊魯千畝桑麻；渭川千畝竹。” 橘、漆、竹皆為亞熱帶植物，當時均超出現今分布限度的北界，證明氣候要比現在熱多了。公元前110年，黃河在瓠子決口，為了封堵，漢武帝斬伐河南淇園的竹子，編成容器以盛石頭，來堵塞黃河決口（《史記?河渠書》），可見那時淇園一帶竹子是很繁茂的。

第二個寒冷期約當東漢、魏晉南北朝時期，到公元6世紀結束，持續600年。氣候轉冷，中原王朝的國力也轉弱。三國時代曹操（155－220年）在銅雀臺種橘，只開花而不結果，唐李德裕在《瑞桔賦·序》中說：“魏武植朱于銅雀，華實莫就”，氣候已比前述漢武帝時代寒冷。

黃初六年（225）冬十月，魏文帝曹丕陳兵廣陵（今淮陰），準備大舉伐吳。這一年大寒，水道結冰，兵船無法從淮河進入長江，魏軍不得已退兵。這是我們所知道的第一次有記載的淮河結冰。竺可楨據北朝賈思勰《齊民要術》記載的桑、棗、桃的開花時間，推測當時的黃河以北地區，物候比現代推遲2至4周，氣候也比現在冷。

據《資治通鑒》，公元334年開始，渤海連續三年結冰，前燕慕容（huàng）率兵馬、輜重從昌黎出發，踏冰行軍三百余里，奔襲遼東，討伐叛將慕容仁。對這次渤海結冰，當時人的理解是，慕容仁“叛棄君親，民神共怒”，前此大海從未封凍，而自慕容仁造反后，渤海連續三年封凍，這是天意“欲使吾乘海冰以襲之也”。

在北方海水結冰足以承載大軍行進時，南方長江流域結冰也不薄。南朝這時在南京覆舟山建立冰房，用以保存食物新鮮，使其不致腐爛。南朝都城在建業（今南京），要把覆舟山的冰房每年裝起冰來，可以斷定，當時冬天要比現在大約冷2℃，年平均溫度比現在低1℃。

隋唐是中國的第三個溫暖期，持續400多年，到9世紀末結束。史載唐高宗650年、669年和678年，長安冬季都無冰無雪；唐玄宗李隆基時（712－756年），皇宮里栽有梅樹，妃子江采蘋因其所居種滿梅花，所以稱為梅妃；玄宗還在宮中種植柑橘，大詩人杜甫《病桔》詩，即提到李隆基種桔于蓬萊殿，段成式《酉陽雜俎》（卷十八）說，天寶十年（751）秋，宮內有幾株柑樹結實一百五十顆，果實味道“與江南所進無異”。

唐代農作物的生長季節也比現在長。開元十九年，揚州首次出現雙季稻的記載，其粒與常稻無異。竺可楨據以上推測，當時最高年氣溫比魏晉南北朝高3度，比今天也要高出1℃左右。