211service.com
Globālās sasilšanas bumba
Zinātnes progresu dažkārt veic lieliski atklājumi. Taču zinātne attīstās arī tad, kad uzzinām, ka kaut kas, ko mēs uzskatījām par patiesu, tā nav. Risinot puzli, risinājumu dažreiz var kavēt tas, ka atslēgas vietā ir ieķīlējies nepareizs gabals.
Zinātniskajās un politiskajās debatēs par globālo sasilšanu jaunākais nepareizais gabals var būt hokeja nūja, slavenais sižets (parādīts zemāk), ko publicējis Masačūsetsas Universitātes ģeozinātnieks Maikls Manns un viņa kolēģi. Šī sižeta mērķis ir parādīt, ka tagad mēs piedzīvojam siltāko klimatu tūkstošgades laikā un ka zeme pēc tam, kad viduslaiku laikmetā gadsimtiem ilgi bija vēsa, pēkšņi sāka uzkarst apmēram pirms 100 gadiem — tieši tajā laikā, kad aizdegās ogles un nafta izraisīja oglekļa dioksīda līmeņa paaugstināšanos atmosfērā.
Es par to ilgi runāju savā 2003. gada decembra slejā. Diemžēl diskusija par šo sižetu ir tik ļoti piesārņota ar politisko un aktīvistu neprātu, ka ir grūti tajā iedziļināties, lai sasniegtu zinātni. Mana iepriekšējā sleja lielā mērā bija lūgums ļaut zinātnei netraucēti turpināties. Diemžēl šī jautājuma nozīme ir apgrūtinājusi rūpīgu zinātni.
Bet tagad šoks: kanādiešu zinātnieki Stīvens Makintairs un Ross Makkitriks ir atklājuši būtisku matemātisko trūkumu datorprogrammā, kas tika izmantota hokeja nūjas izgatavošanai. Savās oriģinālajās publikācijās par nūju Manns plānoja izmantot standarta metodi, kas pazīstama kā galveno komponentu analīze jeb PCA, lai atrastu dominējošās iezīmes vairāk nekā 70 dažādu klimata ierakstu komplektā.
Bet tā nebija. McIntyre un McKitrick ieguva daļu no programmas, ko izmantoja Manns, un viņi atklāja nopietnas problēmas. Programma ne tikai neveic parasto PCA, bet arī apstrādā datu normalizēšanu tādā veidā, ko var raksturot tikai kā kļūdainu.
Tagad nāk īstais šoks. Šī nepareizā normalizācijas procedūra mēdz izcelt visus datus, kuriem ir hokeja nūjas forma, un apspiest visus datus, kuriem tā nav. Lai parādītu šo efektu, Makintairs un Makkitriks izveidoja dažus bezjēdzīgus testa datus, kuriem vidēji nebija nekādu tendenču. Šo izlases datu ģenerēšanas metodi sauc par Montekarlo analīzi slavenā kazino vārdā, un to plaši izmanto statistiskajā analīzē, lai pārbaudītu procedūras. Kad Makintairs un Makkitriks ievadīja šos nejaušos datus Manna procedūrā, ārā parādījās hokeja nūjas forma!
Šis atklājums mani skāra kā spridzeklis, un man ir aizdomas, ka tam ir tāda pati ietekme uz daudziem citiem. Pēkšņi hokeja nūja, globālās sasilšanas sabiedrības plakāts, izrādās sliktas matemātikas artefakts. Kā tas varēja notikt? Kas notiek? Ļaujiet man novirzīties uz īsu tehnisku diskusiju par to, kā notika šī neticamā kļūda.
PCA un līdzīgos paņēmienos katrai no (šajā gadījumā parasti 70) dažādajām datu kopām tiek atņemti vidējie rādītāji (tātad to vidējais rādītājs ir nulle), un pēc tam tiek reizināts ar skaitli, lai to vidējās izmaiņas ap to nozīmētu būt vienāds ar vienu; Tehniskajā žargonā mēs sakām, ka katra datu kopa ir normalizēta līdz nulles vidējam un vienības dispersijai. Standarta PCA katra datu kopa tiek normalizēta visā tās datu periodā; galvenajām klimata datu kopām, ko Manns izmantoja, lai izveidotu savu hokeja nūju grafiku, šis bija intervāls no 1400 līdz 1980. Taču Manna izmantotā datorprogramma to nedarīja. Tā vietā katrai datu kopai laika periodā no 1902. gada līdz 1980. gadam tika iestatīta nulles vidējā vērtība un jāatbilst šī intervāla vēsturiskajiem ierakstiem. Šis ir laiks, kad vēsturiskā temperatūra ir labi zināma, tāpēc šī procedūra garantē visprecīzāko temperatūras skalu. Bet tas pilnībā izjauc PCA. PCA galvenokārt attiecas uz datu kopām, kurām ir liela dispersija, un Manna normalizācijas procedūrai ir tendence dot ļoti lielu dispersiju jebkurai datu kopai ar hokeja nūjas formu. (Šādām datu kopām ir nulles vidējais rādītājs tikai laika posmā no 1902. līdz 1980. gadam, nevis garākajam periodam no 1400. līdz 1980. gadam.)
Neto rezultāts: galvenajam komponentam būs hokeja nūjas forma, pat ja lielākajai daļai datu tā nav.
McIntyre un McKitrick nosūtīja savu detalizēto analīzi uz Daba žurnālu publicēšanai, un tas tika plaši recenzēts. Bet viņu dokuments beidzot tika noraidīts. Neapmierināti Makintairs un Makkitriks iesniedza visu savu iesniegumu ierakstu, un tiesnesis ziņo par Web lapa lai visi redzētu. Ja paskatās, jūs redzēsit, ka Makintairs un Makkitriks ir atraduši daudzas citas problēmas ar Manna analīzi. Es uzsveru kļūdu viņu PCA programmā vienkārši tāpēc, ka tā ir tik acīmredzama un tik viegli saprotama. Acīmredzot Manns un viņa kolēģi nekad nav pārbaudījuši savu programmu ar standarta Montekarlo pieeju, pretējā gadījumā viņi paši būtu atklājuši kļūdu. Par hokeja nūju parādās cita un dažāda kritika (skat., piemēram, Hansa fon Storča un kolēģu rakstu 30. septembra numurā Zinātne ).
Daži cilvēki var sūdzēties, ka McIntyre un McKitrick nav publicējuši savus rezultātus recenzējamā žurnālā. Tā ir taisnība, bet ne mēģinājuma trūkuma dēļ. Turklāt papīrs tika vērtēts — un vēl labāk, tiesnešu ziņojumi mums ir pieejami lasīšanai. Makintairam un Makkitrikam vienīgā neveiksme bija nepārliecināšana Daba ka papīrs bija pietiekami svarīgs, lai to izdotu.
Kā šis sprādziens ietekmē to, ko mēs domājam par globālo sasilšanu?
Tas noteikti nenoliedz ilgtermiņa globālās temperatūras pieauguma draudus. Faktiski Makintairs un Makkitriks rūpīgi norāda, ka no šiem datiem ir grūti izdarīt secinājumus pat ar to labojumiem. Vai viduslaiku globālā sasilšana notika? Pagājušajā mēnesī tika panākta vienprātība, ka tā nebija; tagad pareizā atbilde ir tāda, ka neviens īsti nezina. Kļūdu atklāšana Manna analīzē neizšķir debates; tas vienkārši to atkal atver. Tagad mēs zinām mazāk par klimata vēsturi un tās dabiskajām svārstībām gadsimtu mēroga laika periodos, nekā domājām.
Ja jūs uztrauc globālā sasilšana (tāpat kā es) un domājat, ka cilvēka radītais oglekļa dioksīds var veicināt (kā es), tad jums tomēr vajadzētu piekrist, ka mums ir daudz labāk, ja salauztu hokeja nūju. Dezinformācija var nodarīt reālu kaitējumu, jo tā izkropļo prognozes. Pieņemsim, piemēram, ka turpmākie mērījumi laikā no 2005. līdz 2015. gadam parāda skaidru un skaidru globālu dzesēšana tendence. (Tas varētu gadīties.) Ja mēs kļūdaini uztvertu hokeja nūju nopietni, tas ir, ja mēs uzskatītu, ka dabiskās klimata svārstības ir nelielas, tad mēs varētu secināt (kļūdaini), ka atdzišana nevar būt tikai nejaušas svārstības virsū ilgtermiņa sasilšanas tendence, jo saskaņā ar hokeja nūju šādas svārstības ir niecīgas. Un tas savukārt varētu novest pie kļūdaina secinājuma, ka globālās sasilšanas prognozes ir daudz neveiksmīgas. No otras puses, ja mēs noraidīsim hokeja nūju un atzīstam, ka dabiskās svārstības var būt lielas, tad dažu gadu nejauša atdzišana mūs nemaldinās.
Viltīga hokeja nūja ir bīstamāka par salauztu, ja mēs zinām, ka tā ir salauzta. Mūsu kā zinātnieku pienākums ir objektīvi aplūkot datus un izdarīt jebkādus secinājumus. Kad atklājam kļūdu, mēs to atzīstam, mācāmies no tās un, iespējams, vēlreiz atklājam piesardzības vērtību.