211service.com
Global Warming Bombshell
Framsteg inom vetenskapen görs ibland av stora upptäckter. Men vetenskapen går också framåt när vi lär oss att något vi trodde var sant inte är. När man löser ett pussel kan lösningen ibland hindras av att en fel bit har fastkilats på en nyckelplats.
I den vetenskapliga och politiska debatten om global uppvärmning kan det senaste felet vara hockeyklubban, den berömda handlingen (visas nedan), publicerad av University of Massachusetts geoforskare Michael Mann och kollegor. Den här handlingen utger sig för att visa att vi nu upplever det varmaste klimatet på ett årtusende, och att jorden, efter att ha förblivit sval i århundraden under medeltiden, plötsligt började värmas upp för cirka 100 år sedan – precis vid den tidpunkt då bränningen av kol och olja ledde till en ökning av atmosfärens halter av koldioxid.
Jag pratade om detta länge i min kolumn från december 2003. Tyvärr har diskussionen om denna intrig blivit så förorenad av politisk och aktivistisk frenesi att det är svårt att gräva i den för att nå vetenskapen. Min tidigare krönika var till stor del en vädjan om att låta vetenskapen fortsätta obehindrat. Tyvärr har själva betydelsen av frågan gjort noggrann vetenskap svår att bedriva.
Men nu en chock: de kanadensiska forskarna Stephen McIntyre och Ross McKitrick har avslöjat en grundläggande matematisk brist i datorprogrammet som användes för att tillverka hockeyklubban. I sina ursprungliga publikationer av pinnen påstod Mann sig använda en standardmetod känd som principal component analysis, eller PCA, för att hitta de dominerande egenskaperna i en uppsättning av mer än 70 olika klimatrekord.
Men så var det inte. McIntyre och McKitrick skaffade en del av programmet som Mann använde, och de hittade allvarliga problem. Inte nog med att programmet inte gör konventionell PCA, utan det hanterar datanormalisering på ett sätt som bara kan beskrivas som felaktigt.
Nu kommer den verkliga chockeren. Denna felaktiga normaliseringsprocedur tenderar att betona all data som har hockeyklubbans form, och att undertrycka all data som inte har det. För att demonstrera denna effekt skapade McIntyre och McKitrick några meningslösa testdata som i genomsnitt inte hade några trender. Denna metod för att generera slumpmässig data kallas Monte Carlo-analys, efter det berömda kasinot, och den används ofta i statistisk analys för att testa procedurer. När McIntyre och McKitrick matade in dessa slumpmässiga data i Mann-proceduren, dök en hockeyklubba upp!
Den upptäckten slog mig som en bomb, och jag misstänker att den har samma effekt på många andra. Plötsligt visar sig hockeyklubban, affischbarnet till det globala uppvärmningssamhället, vara en artefakt av dålig matematik. Hur kunde det hända? Vad händer? Låt mig gå in i en kort teknisk diskussion om hur detta otroliga fel ägde rum.
I PCA och liknande tekniker får var och en av de (i det här fallet vanligtvis 70) olika datamängderna sina medelvärden subtraherade (så att de har ett medelvärde av noll) och multipliceras sedan med ett tal för att göra deras genomsnittliga variation runt det medelvärdet till vara lika med en; i teknisk jargong säger vi att varje datamängd är normaliserad till noll medelvärde och enhetsvarians. I standard PCA normaliseras varje datamängd över sin fullständiga dataperiod; för viktiga klimatdatauppsättningar som Mann använde för att skapa sin hockeyklubba, var detta intervallet 1400-1980. Men det gjorde inte datorprogrammet Mann använde. Istället tvingade den varje datamängd att ha noll medelvärde för tidsperioden 1902-1980 och att matcha de historiska posterna för detta intervall. Detta är den tid då den historiska temperaturen är välkänd, så denna procedur garanterar den mest exakta temperaturskalan. Men det förstör PCA totalt. PCA handlar mest om datamängder som har hög varians, och Mann-normaliseringsproceduren tenderar att ge mycket hög varians till alla datauppsättningar med en hockeyklubbaform. (Sådana datamängder har noll medelvärde endast under perioden 1902-1980, inte över den längre perioden 1400-1980.)
Nettoresultatet: huvudkomponenten kommer att ha en hockeyklubbaform även om de flesta data inte har det.
McIntyre och McKitrick skickade sin detaljerade analys till Natur tidskriften för publicering, och den granskades flitigt. Men deras papper avvisades till slut. I frustration lade McIntyre och McKitrick hela protokollet över deras inlämning och domaren rapporterar om en webbsida för alla att se. Om du tittar kommer du att se att McIntyre och McKitrick har hittat många andra problem med Mann-analysen. Jag betonar felet i deras PCA-program helt enkelt för att det är så uppenbart och så lätt att förstå. Tydligen testade Mann och hans kollegor aldrig sitt program med Monte Carlo standardmetoden, annars skulle de själva ha upptäckt felet. Annan och annorlunda kritik mot hockeyklubban dyker upp (se t.ex. uppsatsen av Hans von Storch och kollegor i numret den 30 september av Vetenskap ).
Vissa människor kan klaga på att McIntyre och McKitrick inte publicerade sina resultat i en refererad tidskrift. Det är sant – men inte i brist på försök. Dessutom var tidningen dömd – och ännu bättre, domarrapporterna finns där för oss att läsa. McIntyre och McKitricks enda misslyckande var att inte övertyga Natur att tidningen var viktig nog att publicera.
Hur påverkar denna bomb vad vi tycker om global uppvärmning?
Det förnekar verkligen inte hotet om en långsiktig global temperaturökning. Faktum är att McIntyre och McKitrick är noga med att påpeka att det är svårt att dra slutsatser från dessa data, även med deras korrigeringar. Har medeltida global uppvärmning ägt rum? Förra månaden var konsensus att det inte gjorde det; nu är det korrekta svaret att ingen riktigt vet. Att avslöja fel i Mann-analysen avgör inte debatten; det bara öppnar det igen. Vi vet nu mindre om klimatets historia och dess naturliga fluktuationer över sekelskala tidsramar än vi trodde att vi visste.
Om du är orolig för den globala uppvärmningen (som jag är) och tror att koldioxid skapad av människor kan bidra (som jag gör), så bör du ändå hålla med om att vi har det mycket bättre av att ha brutit hockeyklubban. Desinformation kan göra verklig skada, eftersom det förvränger förutsägelser. Antag till exempel att framtida mätningar under åren 2005-2015 visar en tydlig och tydlig global kyl- trend. (Det kan hända.) Om vi av misstag tog hockeyklubban på allvar – det vill säga om vi trodde att naturliga fluktuationer i klimatet är små – så kan vi (av misstag) dra slutsatsen att nedkylningen inte bara kan vara en slumpmässig fluktuation ovanpå en långsiktig uppvärmningstrend, eftersom enligt hockeyklubban är sådana fluktuationer försumbara. Och det kan i sin tur leda till den felaktiga slutsatsen att förutsägelser om global uppvärmning är mycket töntiga. Om vi däremot förkastar hockeyklubban, och inser att naturliga svängningar kan vara stora, så kommer vi inte att vilseledas av några år av slumpmässig nedkylning.
En falsk hockeyklubba är farligare än en trasig – om vi vet att den är trasig. Det är vårt ansvar som forskare att titta på data på ett opartiskt sätt och dra vilka slutsatser som helst. När vi upptäcker ett misstag erkänner vi det, lär oss av det och kanske återigen upptäcker värdet av försiktighet.