211service.com
Pasaulinio atšilimo bomba
Mokslo pažangą kartais daro dideli atradimai. Tačiau mokslas taip pat tobulėja, kai sužinome, kad tai, ko tikėjome esant tiesa, nėra. Sprendžiant dėlionę, sprendimą kartais gali sutrukdyti tai, kad rakto vietoje buvo įsprausta ne ta detalė.
Mokslinėse ir politinėse diskusijose dėl visuotinio atšilimo naujausias klaidingas kūrinys gali būti ledo ritulio lazda, garsusis siužetas (parodytas žemiau), paskelbtas Masačusetso universiteto geomokslininko Michaelo Manno ir jo kolegų. Šiuo siužetu norima parodyti, kad dabar klimatas yra šilčiausias per tūkstantmetį ir kad žemė, viduramžiais šimtmečius išlikusi vėsi, staiga pradėjo kaisti maždaug prieš 100 metų – kaip tik tuo metu, kai sudegė anglis ir nafta padidino anglies dioksido kiekį atmosferoje.
Apie tai ilgai kalbėjau savo 2003 m. gruodžio mėn. rubrikoje. Deja, šio siužeto aptarimas buvo taip užterštas politinio ir aktyvistų šėlsmo, kad sunku į jį įsigilinti, kad pasiektų mokslą. Mano ankstesnė skiltis daugiausia buvo prašymas leisti mokslui tęstis nevaržomai. Deja, dėl šios problemos svarbos kruopštus mokslas tapo sunkus.
Tačiau dabar šokas: Kanados mokslininkai Stephenas McIntyre'as ir Rossas McKitrickas atskleidė esminį matematinį trūkumą kompiuterinėje programoje, kuri buvo naudojama ledo ritulio lazdai gaminti. Savo originaliose publikacijose apie lazdą Mannas norėjo naudoti standartinį metodą, žinomą kaip pagrindinių komponentų analizė, arba PCA, kad surastų dominuojančias savybes daugiau nei 70 skirtingų klimato įrašų rinkinyje.
Bet taip nebuvo. McIntyre'as ir McKitrick gavo dalį programos, kurią naudojo Mannas, ir rado rimtų problemų. Programa ne tik neatlieka įprastinio PCA, bet ir tvarko duomenų normalizavimą tokiu būdu, kurį galima apibūdinti kaip klaidingą.
Dabar ateina tikras šokas. Ši netinkama normalizavimo procedūra paprastai pabrėžia visus duomenis, kurie turi ledo ritulio lazdos formą, ir užstoja visus duomenis, kurie neturi. Norėdami parodyti šį efektą, McIntyre ir McKitrick sukūrė kai kuriuos beprasmius bandymo duomenis, kurie vidutiniškai neturėjo jokių tendencijų. Šis atsitiktinių duomenų generavimo metodas vadinamas Monte Karlo analize garsiojo kazino vardu ir plačiai naudojamas statistinėje analizėje procedūroms tikrinti. Kai McIntyre'as ir McKitrickas įvedė šiuos atsitiktinius duomenis į Manno procedūrą, pasirodė ledo ritulio lazdos forma!
Tas atradimas mane sukrėtė kaip bomba, ir įtariu, kad jis turi tokį patį poveikį daugeliui kitų. Staiga ledo ritulio lazda, visuotinio atšilimo bendruomenės plakatas, pasirodo esąs prastos matematikos artefaktas. Kaip tai galėjo atsitikti? Kas vyksta? Leiskite man pasinerti į trumpą techninę diskusiją apie tai, kaip įvyko ši neįtikėtina klaida.
Taikant PCA ir panašius metodus, kiekvieno iš (šiuo atveju paprastai 70) skirtingų duomenų rinkinių vidurkiai atimami (taigi jų vidurkis yra nulis), o tada padauginami iš skaičiaus, kad jų vidutinis pokytis reikštų būti lygus vienam; Techniniu žargonu sakome, kad kiekvienas duomenų rinkinys yra normalizuotas iki nulinio vidurkio ir vieneto dispersijos. Standartinėje PCA kiekvienas duomenų rinkinys normalizuojamas per visą duomenų laikotarpį; pagrindinių klimato duomenų rinkiniams, kuriuos Mannas naudojo kurdamas ledo ritulio lazdų diagramą, tai buvo intervalas nuo 1400 iki 1980 m. Tačiau Manno naudojama kompiuterinė programa to nepadarė. Vietoj to, jis privertė kiekvieną duomenų rinkinį turėti nulinį 1902–1980 m. laikotarpio vidurkį ir atitikti šio intervalo istorinius įrašus. Tai laikas, kai istorinė temperatūra yra gerai žinoma, todėl ši procedūra garantuoja tiksliausią temperatūros skalę. Bet tai visiškai sujaukia PCA. PCA daugiausia susijęs su duomenų rinkiniais, kurių dispersija yra didelė, o Manno normalizavimo procedūra paprastai suteikia labai didelę dispersiją bet kokiam duomenų rinkiniui su ledo ritulio lazdos forma. (Tokie duomenų rinkiniai turi nulinį vidurkį tik per 1902–1980 m. laikotarpį, o ne per ilgesnį 1400–1980 m. laikotarpį.)
Grynasis rezultatas: pagrindinis komponentas bus ledo ritulio lazdos formos, net jei daugumos duomenų nėra.
McIntyre ir McKitrick atsiuntė savo išsamią analizę Gamta spausdinimui skirtas žurnalas ir jis buvo plačiai referuojamas. Tačiau jų dokumentas galiausiai buvo atmestas. Nusivylę McIntyre'as ir McKitrickas įrašė visą savo pateikimo įrašą, o teisėjas praneša apie tinklo puslapis kad visi matytų. Jei pažvelgsite, pamatysite, kad McIntyre'as ir McKitrick'as rado daugybę kitų Manno analizės problemų. Pabrėžiu jų PCA programos klaidą vien todėl, kad ji tokia akivaizdi ir taip lengvai suprantama. Matyt, Mannas ir jo kolegos niekada neišbandė savo programos naudodami standartinį Monte Karlo metodą, kitaip jie būtų patys atradę klaidą. Atsiranda kitokios ir skirtingos ledo ritulio lazdos kritikos (žr., pavyzdžiui, Hanso von Storcho ir kolegų straipsnį rugsėjo 30 d. Mokslas ).
Kai kurie žmonės gali skųstis, kad McIntyre'as ir McKitrickas nepaskelbė savo rezultatų recenzuojamame žurnale. Tai tiesa, bet ne dėl pastangų stokos. Be to, referatas buvo peržiūrėtas, o dar geriau, kad mes galime perskaityti teisėjų ataskaitas. Vienintelė McIntyre'o ir McKitricks nesėkmė buvo neįtikinimas Gamta kad popierius buvo pakankamai svarbus publikuoti.
Kaip ši bomba paveikia mūsų nuomonę apie visuotinį atšilimą?
Tai tikrai nepaneigia ilgalaikio pasaulinės temperatūros kilimo grėsmės. Tiesą sakant, McIntyre'as ir McKitrickas atsargiai nurodo, kad iš šių duomenų sunku padaryti išvadas, net ir juos pataisius. Ar įvyko viduramžių visuotinis atšilimas? Praėjusį mėnesį buvo sutarta, kad ne; dabar teisingas atsakymas yra tas, kad niekas iš tikrųjų nežino. Manno analizės klaidų atskleidimas diskusijos neišsprendžia; jis tiesiog atidaro jį iš naujo. Dabar žinome mažiau apie klimato istoriją ir jo natūralius svyravimus per šimtmečius, nei manėme.
Jei nerimaujate dėl visuotinio atšilimo (kaip aš) ir manote, kad žmogaus sukurtas anglies dioksidas gali prisidėti (kaip ir aš), vis tiek turėtumėte sutikti, kad mums daug geriau sulaužyti ledo ritulio lazdą. Dezinformacija gali padaryti realią žalą, nes iškreipia prognozes. Tarkime, kad būsimi matavimai 2005–2015 m. parodys aiškų ir skirtingą pasaulinį aušinimas tendencija. (Taip gali atsitikti.) Jei per klaidą rimtai žiūrėtume į ledo ritulio lazdą – tai yra, jei tikėtume, kad natūralūs klimato svyravimai yra nedideli – galime daryti (klaidingai) išvadą, kad aušinimas negali būti tik atsitiktinis svyravimai. ilgalaikė atšilimo tendencija, nes, remiantis ledo ritulio lazda, tokie svyravimai yra nežymūs. Ir tai savo ruožtu gali lemti klaidingą išvadą, kad visuotinio atšilimo prognozės yra labai klaidingos. Kita vertus, jei atmesime ledo ritulio lazdą ir pripažinsime, kad natūralūs svyravimai gali būti dideli, tai mūsų nesuklaidins kelių metų atsitiktinis atšalimas.
Suklastota ledo ritulio lazda yra pavojingesnė nei sulaužyta – jei žinome, kad ji sulūžusi. Mūsų, mokslininkų, pareiga yra nešališkai žiūrėti į duomenis ir padaryti visas iš jų išvadas. Atradę klaidą, ją pripažįstame, iš jos mokomės ir galbūt dar kartą atrandame atsargumo vertę.