211service.com
Global Warming Bombshell
Vooruitgang in de wetenschap wordt soms gemaakt door grote ontdekkingen. Maar de wetenschap gaat ook vooruit als we ontdekken dat iets waarvan we dachten dat het waar was, niet waar is. Bij het oplossen van een legpuzzel kan de oplossing soms worden belemmerd door het feit dat er een verkeerd stuk op een belangrijke plaats is geklemd.
In het wetenschappelijke en politieke debat over de opwarming van de aarde is het laatste verkeerde stuk misschien de hockeystick, het beroemde plot (hieronder weergegeven), gepubliceerd door de geowetenschapper Michael Mann en collega's van de Universiteit van Massachusetts. Deze plot beweert aan te tonen dat we nu het warmste klimaat in een millennium ervaren, en dat de aarde, na eeuwenlang koel te zijn gebleven tijdens de middeleeuwen, plotseling ongeveer 100 jaar geleden begon op te warmen - net op het moment dat de verbranding van steenkool en olie leidden tot een toename van het kooldioxidegehalte in de atmosfeer.
Ik heb hier uitgebreid over gesproken in mijn column van december 2003 . Helaas is de discussie over dit complot zo vervuild door politieke en activistische razernij dat het moeilijk is om erin te graven om de wetenschap te bereiken. Mijn eerdere column was grotendeels een pleidooi om de wetenschap ongehinderd door te laten gaan. Helaas heeft het grote belang van deze kwestie het moeilijk gemaakt om zorgvuldige wetenschap na te streven.
Maar nu een schok: de Canadese wetenschappers Stephen McIntyre en Ross McKitrick hebben een fundamentele wiskundige fout ontdekt in het computerprogramma dat werd gebruikt om de hockeystick te produceren. In zijn originele publicaties van de stick beweerde Mann een standaardmethode te gebruiken die bekend staat als principale componentenanalyse, of PCA, om de dominante kenmerken te vinden in een set van meer dan 70 verschillende klimaatrecords.
Maar het was niet zo. McIntyre en McKitrick kregen een deel van het programma dat Mann gebruikte, en ze vonden serieuze problemen. Het programma doet niet alleen geen conventionele PCA, maar het verwerkt gegevensnormalisatie op een manier die alleen als foutief kan worden omschreven.
Nu komt de echte schok. Deze onjuiste normalisatieprocedure heeft de neiging om alle gegevens die de hockeystickvorm hebben te benadrukken en alle gegevens die dat niet hebben te onderdrukken. Om dit effect aan te tonen, hebben McIntyre en McKitrick enkele betekenisloze testgegevens gemaakt die gemiddeld geen trends vertoonden. Deze methode voor het genereren van willekeurige gegevens wordt Monte Carlo-analyse genoemd, naar het beroemde casino, en wordt veel gebruikt in statistische analyse om procedures te testen. Toen McIntyre en McKitrick deze willekeurige gegevens in de Mann-procedure invoerden, kwam er een hockeystick tevoorschijn!
Die ontdekking sloeg in als een bom, en ik vermoed dat het hetzelfde effect heeft op vele anderen. Plots blijkt de hockeystick, het uithangbord van de wereldwijde opwarming van de aarde, een artefact van slechte wiskunde te zijn. Hoe kon het gebeuren? Wat is er aan de hand? Laat me afdwalen in een korte technische bespreking van hoe deze ongelooflijke fout plaatsvond.
In PCA en vergelijkbare technieken wordt van elk van de (in dit geval typisch 70) verschillende datasets hun gemiddelden afgetrokken (dus hebben ze een gemiddelde van nul) en vervolgens vermenigvuldigd met een getal om hun gemiddelde variatie rond dat gemiddelde te krijgen. gelijk zijn aan één; in technisch jargon zeggen we dat elke dataset is genormaliseerd naar nulgemiddelde en eenheidsvariantie. In standaard PCA wordt elke dataset genormaliseerd over de volledige dataperiode; voor de belangrijkste klimaatgegevenssets die Mann gebruikte om zijn hockeystickgrafiek te maken, was dit het interval 1400-1980. Maar het computerprogramma dat Mann gebruikte deed dat niet. In plaats daarvan dwong het elke dataset om een nulgemiddelde te hebben voor de periode 1902-1980, en om de historische records voor dit interval te evenaren. Dit is het moment waarop de historische temperatuur goed bekend is, dus deze procedure garandeert de meest nauwkeurige temperatuurschaal. Maar het verpest PCA volledig. PCA houdt zich vooral bezig met de datasets met een hoge variantie, en de Mann-normalisatieprocedure heeft de neiging om een zeer hoge variantie te geven aan elke dataset met een hockeystickvorm. (Dergelijke datasets hebben alleen een nulgemiddelde over de periode 1902-1980, niet over de langere periode van 1400-1980.)
Het netto resultaat: het hoofdbestanddeel heeft de vorm van een hockeystick, zelfs als de meeste gegevens dat niet hebben.
McIntyre en McKitrick stuurden hun gedetailleerde analyse naar: Natuur tijdschrift voor publicatie, en het werd uitgebreid gerefereerd. Maar hun papier werd uiteindelijk afgewezen. Gefrustreerd legden McIntyre en McKitrick het hele verslag van hun inzending op en de scheidsrechter rapporteerde over een... webpagina voor iedereen te zien. Als je kijkt, zie je dat McIntyre en McKitrick talloze andere problemen hebben gevonden met de Mann-analyse. Ik benadruk de bug in hun PCA-programma, simpelweg omdat het zo flagrant en zo gemakkelijk te begrijpen is. Blijkbaar hebben Mann en zijn collega's hun programma nooit getest met de standaard Monte Carlo-aanpak, anders hadden ze de fout zelf ontdekt. Er komen andere en andere kritieken op de hockeystick naar voren (zie bijvoorbeeld het artikel van Hans von Storch en collega's in het nummer van 30 september van Wetenschap ).
Sommige mensen klagen misschien dat McIntyre en McKitrick hun resultaten niet in een gerefereerd tijdschrift hebben gepubliceerd. Dat is waar, maar niet vanwege een gebrek aan proberen. Bovendien is de krant gerefereerd - en nog beter, de scheidsrechtersrapporten zijn er voor ons om te lezen. De enige mislukking van McIntyre en McKitricks was niet overtuigend Natuur dat het papier belangrijk genoeg was om te publiceren.
Welke invloed heeft deze bom op wat we denken over de opwarming van de aarde?
Het neemt zeker niet de dreiging van een langdurige wereldwijde temperatuurstijging teniet. McIntyre en McKitrick wijzen er zelfs op dat het moeilijk is om conclusies te trekken uit deze gegevens, zelfs met hun correcties. Heeft de middeleeuwse opwarming van de aarde plaatsgevonden? Vorige maand was de consensus dat dit niet het geval was; nu is het juiste antwoord dat niemand het echt weet. Het ontdekken van fouten in de Mann-analyse lost het debat niet op; het heropent het gewoon. We weten nu minder over de geschiedenis van het klimaat, en de natuurlijke fluctuaties ervan over een tijdsbestek van een eeuw, dan we dachten te weten.
Als je je zorgen maakt over de opwarming van de aarde (zoals ik) en denkt dat door de mens gecreëerde koolstofdioxide kan bijdragen (zoals ik), dan zou je het er toch mee eens moeten zijn dat we veel beter af zijn als we de hockeystick hebben gebroken. Verkeerde informatie kan grote schade aanrichten, omdat het voorspellingen vertekent. Stel bijvoorbeeld dat toekomstige metingen in de jaren 2005-2015 een duidelijk en duidelijk globaal koeling tendens. (Het zou kunnen gebeuren.) Als we de hockeystick ten onrechte serieus zouden nemen – dat wil zeggen, als we zouden geloven dat natuurlijke klimaatschommelingen klein zijn – dan zouden we (ten onrechte) kunnen concluderen dat de afkoeling niet zomaar een willekeurige fluctuatie bovenop een opwarmingstrend op lange termijn, aangezien dergelijke schommelingen volgens de hockeystick verwaarloosbaar zijn. En dat zou op zijn beurt kunnen leiden tot de verkeerde conclusie dat de voorspellingen van de opwarming van de aarde veel hooey zijn. Als we daarentegen de hockeystick afwijzen en erkennen dat natuurlijke schommelingen groot kunnen zijn, dan laten we ons niet misleiden door een paar jaar willekeurige afkoeling.
Een valse hockeystick is gevaarlijker dan een kapotte - als we weten dat hij kapot is. Het is onze verantwoordelijkheid als wetenschappers om op een onbevooroordeelde manier naar de gegevens te kijken en de daaruit voortvloeiende conclusies te trekken. Als we een fout ontdekken, geven we die toe, leren we ervan en ontdekken we misschien opnieuw de waarde van voorzichtigheid.