竺先生利用中国文化的优势，以研究手段与资料依据为标志，将五千年的中国气候变迁大势分为四个阶段:一、考古时期约公元前三OOO～一一OO年），二、物候时期（公元前一一OO～公元一四OO年），三、方志时期（公元一四OO～一九OO年），四、仪器观测时期。考古时期尚无文献记录及文献极少的远古时代。这一时期的重要文化遗址之一是西安附近的半坡村，大约存在于五千六百至六千多年前，属于仰韶文化。在这个遗址中发现原始人猎获的动物中有麞和竹鼠，现在这些动物只存于亚热带，而不见于西安一带，从而推断当时的气候必然比现在要温暖潮湿。在河南安阳，则有另一个遗址——殷墟，这是殷商（约公元前一四OO～一一OO年）故都所在。这发现的动物亚化石除了水麞与竹鼠外，还有獏、水牛与野猪，甚至包括了今天只存在于热带的动物。就从这个时代开始，中国有了字的纪录。殷代的甲骨中有数千件记载着与求雨、求雪有关的文字。当时安阳人种稻时间相当于现今阳历的三月，现在则要到四月中。甲骨文还记载有一位商王在狩猎中得一象，联系到河南所处古地名为豫——是人牵着象的标志，可见河南在当时比现在要温暖一些。再往东，在山东历城县，在一个龙山文化遗址中发现有炭化的竹节。根据这些发现，对照今天黄河下游与长江下游的平均温度与年平均温度，竺先生认为，正月份的温度比当时减低3℃～5℃，年平均温度大约减2℃。针对有人认为冰川时期以后气候不变的错误想法，他特别指出，历史时期气候的变化与地质时期是一样的，只是幅度较小而已。

第二时期与第三时期都是利用历史的物候记录来推断气候变化，只是第三时期重点使用我国丰富的地方志，其物候记录更加集中，易于利用。古代虽然没有气象仪器观测气候的变化，但却有丰富的物候记录。所谓物候是人观察到一年之中何时降霜下雪，河开河冻，植物开花结果，候鸟春来秋往等等。中国农立国，为了农事的需要，至迟从西周（约公元前一一OO～七七O年）开始就有了物候的观测。《夏小正》、《礼记·月令》都记载有当时物候观察的结果。这种观察积三千年之久，经验丰富，记载翔实，是一笔贵的历史气候研究资料。例如夏殷之际的郯国（在今山东），用家燕的北来，以判定春分的到来。而在上一世纪三十年代的春分时节，家燕只飞到上海，还未到上海以北的郯国，两相对照，上海与三四千年前的郯国年平均气温要相差1.5℃。这一结果与考古时期用竹子分布区域变化的方法推测气温的结论是一致的。

周的文字初有刻在青铜器上的金文，后来有更多地刻或写在竹简上的文字。竹简的普遍使用与当时文字中有许多是以“竹”为头，说明周初温暖，黄河流域普遍有竹类生长，与现在大不相同。到了周朝中期，气候转冷，《竹书纪年》记载周孝王时汉江有次结冰，发生于公元前九O三与八九七年。不过一二百年以后的春秋时期，天气又再度转暖。竹子与梅树等亚热带植物在《诗经》里常被提及。例如《秦风》中载：“终南何有？有条有梅。”终山在西安以南，现在并无梅树之踪迹。战国、秦与西汉，气候一直暖和，到了东汉才有趋冷的记录，但为时亦不长。到了魏晋南北朝，气候真正地冷了下来，在公元四世纪上半冷到极点，渤海湾连续冰冻三年，冰上可行车马军队。六世纪中期北朝贾思勰所写的一本农业百科式的著作《齐民要术》，很注意物候情况。书中提到，河南山东一带石榴树从十月中开始就要用蒲藁裹起来，否则会冻死，可是今天在这些地方石榴可以在室外安全生长，无需裹扎。

隋唐以后，天气又变得和暖起来。据记载，公元六五O、六六九与六七八年的冬季，首都长安都无冰无雪。八世纪初，皇宫中长有梅树，种有柑桔。梅树只能耐寒到－14，柑橘则只能耐到－8℃，有梅有柑是气候暖和的证明。但到了十一世纪初期的宋代，北已经没有梅树，气候冷于唐朝。十二世纪，气候继续变冷。太湖不但在公元一一一一年全部封冻，而且冰上可以行车，湖上洞庭山的柑橘全部冻死。从一一三一至一二六O年，杭州春节降雪，每十年降雪平均最迟日期是四月九日，比十二世纪及前十年最晚的春雪差不多推迟一个月。十二世纪的寒冷从北到南直到华南与西南地区。一一一O年与一一七八年福州的荔枝全被冻死。四川的成都曾经生长过荔枝，张籍的《成都曲》云：“锦江近西烟水绿，新雨山头荔枝熟。”但到苏轼所生活的北宋，荔枝能生长于成都以南的眉山了。到了十二世纪的南宋，据陆游诗与范成大的《吴船录》，连眉山也不长荔枝了。

虽然十三世纪初期到中期一段时间天气有转暖的迹象，但到十四世纪，冬季又是严寒了。一三二九年与一三五三年太湖再次结冰。黄河在一三五一年十一月时就有冰块漂流到山东，而现代的记载表明，河南与山东要到十二月份，河中才出现冰块。值得注意的是，从全球来看，气候变化似乎是由东往西推进。据前苏联与欧洲的科学家研究，俄罗斯平原的寒冷期约在一三五O年开始，中欧的德国与奥地利在一四二九至一四六五年间气候显然开始恶化，在英国，有人以为一四三O、一五五O年与一五九O年的英国饥荒都是因天气寒冷所致。因此竺先生认为“可能寒冷的潮流开始于东亚，而逐渐向西移往西欧”。