torstai 7. heinäkuuta 2011

Selityksenä rikki?

Koska edellinen kirjoitukseni ilmastonmuutoksesta herätti mielenkiintoa niin täällä kuin muuallakin, ja samaan aikaan ilmaantui saataville uusi aihetta sivuava tieteellinen artikkeli, päätin kirjoittaa näin heränneet ajatukseni uudeksi blogitekstiksi.

Luin siis Kaufmannin ja kumppaneiden (mukana turkulainen Heikki Kauppi) arvostetussa amerikkalaisen tiedeakatemian julkaisussa (tuttavallisesti PNAS) esille tuodun mallinnustyön. Lyhyesti referoituna työssä mallinnetaan rikkipäästöjen vaikutusta ilmastoon, jolloin pystytään rekonstruoimaan varsin hyvin vuosien 1998-2008 globaalin lämpötilan kehitys. Reaalimaailmallisena selityksenä esitetään, että kaukoidän teollisen nousun aiheuttama rikkipäästöjen kasvu ehkäisee sitä maapallon lämpiämistä, jonka kasvihuonekaasut muuten saisivat aikaan.

Nähdäkseni Kaufmanin ja kumppaneiden julkaisussa on kyse juuri siitä, mistä puhuin aiemmassa tekstissäni: koska vanhat mallit eivät selitä tapahtuneita muutoksia, niissä on jotain vikaa eli puutteita ja niitä on siis korjattava/täydennettävä. Ja tämä puuttuva täydennys on Kaufmannin ja kumppaneiden hypoteesin mukaan lisääntyneet rikkipäästöt.

Kaufmanin käyttämässä simulaatiossa malli on rakennettu vuoteen 1998 asti ulottuvan datan perusteella ja se ennustaa kohtuullisen hyvin lämpötilan kehityksen vuosina 1998-2008. Artikkelin kuvan S6 mukaan malli yliarvioi jonkin verran 2000-luvun alkupuolen lämpötilan, minkä seurauksena se sitten tuottaa myös sellaisen lämpötilan laskun, jota ei todellisuudessa ole esiintynyt. Mutta suuressa kuvassa tarkasteltuna malli siis tuottaa varsin hyvän rekonstruktion tapahtuneesta.

Näin tietenkin tulee ollakin, sillä mikäli tuo rekonstruktio ei olisi hyvä, ei mallia myöskään olisi julkaistu PNASissa, enkä minä kirjoittaisi tätä kirjoitusta. Näin siksi, ettei huonossa mallissa olisi mitään kerrottavaa.  Näin ollen Kaufmanin ja kumppaneiden malli on tässä vaiheessa otettava hypooteesina, joka joutuu todelliseen testiin tulevina vuosina (testauksen kannalta olisi ollut rohkeaa, mikäli artikkelissa olisi ollut jonkinlainen ennuste esimerkiksi vuosille 2008-2015 perustuen sen parametrien, kuten rikkipäästöjen, määrien kehittymisen arviointiin).

Koska kyse on tieteellisestä hypoteesista, joutuu se nyt julkaistuna alttiiksi falsifioinnille, kuten aidosti tieteellisen hypoteesin tuleekin. Sama kohtalo on myös sillä hyvin erilaisista lähtökohdista nousseella Helaman ja kumppaneiden hypoteesilla, josta kirjoitin aiemmin ja jonka mukaan auringon aktiivisuus vaikuttaa ilmaston kehitykseen 60-80 vuoden viiveellä.

Aika sitten yksin näyttää kestävätkö esitetyt hypoteesit falsifioinnin; ainakin nämä kaksi hypoteesia antavat erilaisen ennusteen tulevien vuosikymmenten kehitykselle. Kaufmannin ja kumppaneiden mukaan ilmaston lämpeneminen jatkuu heti kun rikkipäästöt vähenevät, kun taas Helaman ynnä muiden mukaan lämpötilat kääntyvät laskuun tämän vuosisadan alkupuolella. Tosin Helaman ja kumppaneiden hypoteesi ei sulje pois ihmisen päästöjen vaikutusta, vaan toimii ikään kuin niiden taustalla.

Aiempia ajatuksia samasta aihepiiristä:
Ilmastotutkijoiden ennuste puolitiessä
Ilmastonmuutosennusteista, auringonpilkuista ja lämpökausista
Katastrofismi ja ilmastonmuutos

3 kommenttia:

  1. Hei ja kiitos blogikirjoituksen mittaan kasvaneesta vastauksestasi.

    Kirjoitat:

    Lyhyesti referoituna työssä mallinnetaan rikkipäästöjen vaikutusta ilmastoon, jolloin pystytään rekonstruoimaan varsin hyvin vuosien 1998-2008 globaalin lämpötilan kehitys. Reaalimaailmallisena selityksenä esitetään, että kaukoidän teollisen nousun aiheuttama rikkipäästöjen kasvu ehkäisee sitä maapallon lämpiämistä, jonka kasvihuonekaasut muuten saisivat aikaan.

    Itse ymmärsin tutkimuksen ja sen johtopäätöksen ehkä hieman toisella painotuksella: Kasvihuonekaasujen ja ihmisperäisten aerosolien nettovaikutus on jatkunut edelleen lämmittävänä (mutta nettovaikutus ei ole merkittävästi kasvanut 2000-luvulla) ja että lämpötilatasanne johtuu lähes yksinomaan luonnollisista tekijoistä (lyhyen aikavälin muutokset merten oskillaatioissa ja auringon irradianssissa). Työssä ennemminkin attribuoidaan eri muuttujien vaikutusta lämpötilakehitykseen ja rikkipäästöt ovat vain yksi tekijä muiden tutkittujen joukossa. Fig. 3 osoittaa ehkä parhaiten tämän "luonnolliset tekijät selittävät 2000-luvun lämpötasanteen" johtopäätöksen.

    Ja jaan käsityksesi siitä, että malleissa on varmasti puutteita. Mm. merten oskillaatioiden ja ilmakehäkemian monien prosessien mallinnuksen osalta. Mutta mielestän tässä Kauffman et al. tutkimuksessa ei luoda uutta hypoteesia aerosolien ilmastovaikutusten suhteen, kuten yllä tulkitset. Ymmärtääkseni ilmastomalleissa on kuvattu jo hyvän aikaa myös ihmisperäisten aerosolien aiheuttamaa säteilypakotetta. Esimerkkeinä Hansen et al. 2007 kuvaus GISS:n ModelE:stä:

    http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0610/0610109.pdf

    Ja Johan Silenin esityksen dia 31:

    http://www.eis.fi/tapahtumat/2009/FMI2009/FMI_Silen_mallinnus-200902.pdf

    Tässä myös muita aiempia aerosolien ilmastovaikutusten mallintamiseen liittyviä tutkimusartikkeleja taustatiedoksi:

    http://folk.uio.no/gunnarmy/paper/myhre_science_2009.pdf

    http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/32/84/68/PDF/acp-6-5225-2006.pdf

    Tällä perusteella tulkintasi Kauffmann et al. mahdollisesta kontribuutiosta mallien puutteiden tutkimukseen aerosolien huomioinnin osalta on virheellinen. Käsittääkseni se ei tuo juurikaan mitään uutta itse aerosoleihin liittyen, kuten yllä linkittämistäni tutkimuksistakin voi havaita. Edellisen kirjoituksesi aiheena olevassa Sciencen jutussa viitataan myös aivan vastaavaan, aiemmin tehtyyn Lean & Rind 2009 tutkimukseen.

    Minusta näyttää enemmän siltä, että Kauffman et al. paperin kirjoittamisen motivaationa on ollut vastata noihin johdannossa viitattujen Bob Carterin, Easterbrookin ym. populäärimediassa esittämiin "Ilmaston lämpeneminen on ohi" kirjoituksiin. Kontribuutiota ilmastomallien puutteiden tai jatkokehitystarpeiden osoittamiseen en siitä löydä.

    Terveisin,

    -Tuomas

    VastaaPoista
  2. PNAS-lehteä tuskin voi käyttää foorumina vastaamaan populäärimedian esittämiiin seikkoihin (kyseessähän on kuitenkin heti Sciencen ja Naturen jälkeen ehkä maailman kolmanneksi arvostetuin koko tieteen kentän alkuperäistuloksia julkaiseva foorumi), vaan kyllä näissä julkaisuissa on aina mukana jotain tieteelle uutta. On siis katsottava mitä se on tässä.

    Tässä työssä uutta on nähdäkseni vain rikin määrien uudella tavalla laskeminen ja sen seuraukset. Muilta osinhan Kaufmann ym. käyttävät vanhoja malleja ja kaikille saatavilla olevia datoja. Siksi katson että rikki on tämän artikkelin pääasia.

    Jos katsot menetelmäosiota, on rikin määrä Kaufmannin ym. mallinnuksessa laskettu uudelleen (suora lainaus) "using measures of economic activity that emit sulfur", jotka on konvertoitu vaikutukseksi säteilypakotteeseen. Tätä ei ole aiemmin tehty, ja saatujen lukujen perusteella on rikin vaikutus aiemmin oletettua tärkeämpi siinä, ettei ihmisen toimesta (oletettavasti) syntynyt säteilypakote ole toiminut odotetusti. Sen seurauksena Kaufman ym esittävät että luonnollisten tekijöiden vaihtelut pääsevät juuri nyt (1998-2008) näkyviin reaalimaailmassa toteutuneessa ilmaston kehityksessä. Ja siksi tämän vuosituhannen alku on ollut sellainen kuin on.

    Mutta niin tai näin. Meidän maallikkojen (tässä asiassa olen sitä; muutenhan keskustelisin tästä tieteellisillä foorumeilla) kannalta oleellista on se, että tuleva ilmaston kehitys toimii falsifiointikriteerinä kaikille ilmastomalleille. Mikäli mallit pystyvät toistamaan (tai ennakoimaan) ilmaston kehityksen, käsitys niiden oikeellisuudesta vahvistuu. Mikäli ne taas epäonnistuvat (merkittävästi), niissä on virheitä ja ne on joko hylättävä tai niitä on muutettava tavalla tai toisella.

    Tästä syystä tykkään etsiskellä erilaisia falsifiointikriteereiksi kelpaavia seikkoja ilmastotieteilijöiden töistä; sillä myös maallikko voi helposti verrata niitä toteutuneisiin ilmastoestimaatteihin, kuten olen itsekin tehnyt (omien töideni osalta se lienee paljon vaikeampaa). Ilmastonmuutokseen tämä falsifiointihaluni liittyy erityisesti siksi, että sen uutisointi ei mielestäni ole aina ollut asiallista, kuten ihan ensimmäisessä blogikirjoituksessani osoitin. Sen sijaan minulla ei ole "uskonnollisluonteista" tarvetta olla sen enempää "ilmastoskeptikko" kuin "-uskovainenkaan" - tosiasiat ratkaisevat kuten aina.

    VastaaPoista
  3. Hei,

    Totta kyllä tuo mitä kirjoitit PNAS:sta. Toisaalta sähköpostihälyn jälkeen on ollut huomattavissa, että kaikki nuo kolme julkaisua ovat antaneet paljon palstatilaa ilmastoa käsitteleville jutuille ja tutkimusartikkeleille.

    Siten lienee täysin totta mitä kirjoitat, "Tässä työssä uutta on nähdäkseni vain rikin määrien uudella tavalla laskeminen ja sen seuraukset". Huomattavaa kuitenkin on, että Kauffmann et al. mallinnustulos ihmisperäisten rikkipäästöjen säteilypakotteesta (Fig 1: http://db.tt/Gxml8et) on hyvin samansuuntainen Hansen et al. 2007 mallitulosten kanssa kaikkien viilentävien aerosolien (siis pl. black carbon) säteilypakotteesta (Fig. S3c, s. 24):

    http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0610/0610109.pdf

    Voisiko olla niin, että Kauffmann et al. eivät vaan ole huomioineet lainkaan ilmakehää lämmittävien aerosolien vaikutusta? No joka tapauksessa, uusi tapa mallintaa ilmiötä, joka kuitenkin on sisällytetty jo aiemmin ilmastomalleihin.

    Tuttu ilmastotutkija vinkkasi muuten, että Gavin Schmidt (haastateltu tuossa alunperin esiin nostamassasi Science-lehden jutussa) on myös kommentoinut lyhyesti tuota Kauffman et al. tutkimusta:

    Antonio Sarmiento G says:
    ¿Could you please say something on the paper in the Proceedings of
    the National Academy of Sciences quoted today by Reuters to claim
    that “Asia pollution (is to be) blamed for halt in warming”?

    Cheers, Antonio

    [Response: The headlines do not do justice to the study. I read the paper and came away with conclusion that the biggest factor was the 'internal variability' (i.e. ENSO), which is neither surprising nor novel. Increases in Asian aerosols are real, but they are poorly quantified - both in extent and in effect. It's conceivable they played a role, but in looking at trends over short time periods - even if you factor in ENSO - there is still a lot of unforced variability. The uncertainties are such that short periods do not provide strong constraints either on net forcing nor climate sensitivity, and so focusing on them is not particularly insightful. - gavin]


    Aivan täysin minulle ei selvinnyt, että missä on nostettu esiin malliajojen olevan ristiriidassa 2000-luvun lämpötilakehityksen kanssa. Selvää on ainoastaan se, että näin on koko malliajon pituudelta malleissa, joissa pelkät pitkäkestoiset kasvihuonekaasut huomioidaan (Esimerkiksi tämä ilmastotutkija Isaac Heldin mainion blogin kirjoitus aiheesta: http://www.gfdl.noaa.gov/blog/isaac-held/2011/03/28/6-transient-response-to-the-well-mixed-greenhouse-gases/)

    Kirjoitat:

    Meidän maallikkojen [...] kannalta oleellista on se, että tuleva ilmaston kehitys toimii falsifiointikriteerinä kaikille ilmastomalleille.

    Tästä samaa mieltä ja ymmärsin kyllä, että tämä on se pääpointtisi. Toinen asia sitten on, että miten lyhyt ajanjakso kelpaa falsifiointikriteeriksi: vrt. Schmidtin yo. lausunto ja jo joskus aikanaan linkittämäni Juhani Rinteen luentovideo aiheesta: http://youtu.be/MCD9gJ60qxo. Tuntuu että riittävä ajanjakso on niin pitkä, että se on politiikkatoimien näkökulmasta aivan liian kaukana tulevaisuudessa. Täytyisi olla myös jokin toinen tapa falsifioida malleja (en todellakaan osaa sanoa onko sellaisia olemassa vai ei).

    Ilmastonmuutokseen tämä falsifiointihaluni liittyy erityisesti siksi, että sen uutisointi ei mielestäni ole aina ollut asiallista, kuten ihan ensimmäisessä blogikirjoituksessani osoitin.

    Samaa mieltä.

    Sen sijaan minulla ei ole "uskonnollisluonteista" tarvetta olla sen enempää "ilmastoskeptikko" kuin "-uskovainenkaan" - tosiasiat ratkaisevat kuten aina.

    Tässä käsityksessä olinkin - Toivottavasti viesteistäni ei saa sellaista käsitystä, että olettaisin muuta.

    -Tuomas
    http://ilmastotieto.wordpress.com

    VastaaPoista

Kiitos ajatuksen lukemisesta

Tervetuloa uudelleen!