Jag har i många år förundrat mig över de extremt noggranna bestämningarna av exempelvis den atmosfäriska koldioxidhalten som hävdas från exempelvis mätstationen vid Mauna Loa. Normalt anges halterna med 5 siffror, vilket i de flesta kemiska sammanhang är ogörligt eller mycket svårt. När de nu gäller en parameter som varierar under dygnet, året och läget på Jorden blir det än mer konfunderande. Bara vindriktningen vid mätstationen bör påverka, speciellt också den närbelägna vulkanen, som är ganska så aktiv. Bilden visar en sammanställning av globala data, och är tagen från en webbsida på ESRL – ”3-dimensional representation of the global distribution of atmospheric CO2 for 2000-2009. The 10-degree latitude band in which Ascension Island resides is highlighted in red” (klicka för större bilder).
Årstidsvariationerna på speciellt Norra Halvklotet är mycket tydliga och anses ha sitt ursprung i växtlighetsförändringar (fotosyntes/förruttnelse) och urgasning/upplösning av koldioxid i haven.
Själva mätuppställningen som används på Mauna Loa och andra mätstationer är baserad på IR-absorption – men är i vissa avseenden mycket primitiv för att vara en ”spektrometer”. Den har ingen monokromator baserad på prismor eller gitter (”dispersive”) som brukligt – bara filter som släpper igenom ett ganska brett våglängdsband.
Av denna anledning kallas mätuppställningen ”non-dispersive” – vilket av de flesta uppfattas som något extra fint, när det nu är tvärtom. Liknande instrument används vid exempelvis kemisk processindustri (tillverkas av bl.a. Siemens) och hävdas ha en basnoggrannhet på någon procent – alltså tre tiopotenser sämre än ”fem siffrors noggrannhet”.
IR-absorptionen översätts till ”koncentration i atmosfären” via ”Lambert-Beer’s lag”, p.s.s. som i alla normala spektroskopiska mätningar av koncentration inom exempelvis kemi. Som några av läsarna vet så gäller ju Lambert-Beer’s lag endast vid monokromatisk strålning (och flera andra bivillkor), pga strålningsabsorptionens logaritmiska natur. Det ”logaritmiska sambandet” kommer också in i sammanhanget ”strålningsmässig växthusverkan”.
Vissa (inklusive IPCC) söker envist hävda att exempelvis koldioxidens, vattenångans och metanets enskilda faktorers påverkan är additiva. Det är exempelvis därifrån man får nonsenssiffran ”25 ggr” för metans ”uppvärmningspotential” jämfört med koldioxidens – i själva verket överlappar IR-spektra och metanets absorption (med en låg halt av ca 1.5 ppm) drunknar i den från koldioxid (ca 390 ppm) och vattenånga (säg 3 procent – ca 30000 ppm).
Men även om detta med exempelvis metan tål att upprepas ständigt är det är en parentes i dagens inlägg. Frågan är: hur får man då fram dessa fantastiskt välbestämda koldioxidhalter?
Procedurerna är väl dokumenterade, exempelvis här, och i den vetenskapliga litteraturen (se ex litteraturreferenser på slutet i samma länk). Nyckeln är till att börja med att växelvis jämföra IR-absorptionen från den lokala atmosfären med den från mycket noggrannt framställda gasblandningar med koldioxidhalt mycket nära den i atmosfären. Det lokala atmosfärsprovet är dessutom torkat, för att eliminera problemet med vattenångans spektrala överlapp med koldioxidens. Mätningarna upprepas timvis, men mängder av mätdata förkastas.
Verkliga rådata från 1984 visas ovan. Bilden är tagen från Thoning et al. , ”Atmospheric Carbon Dioxide at Mauna Loa Observatory – 2. Analysis of the NOAA GMCC Data, 1974-1985”, J. Geophys. Res, 94 (1989) 8549-8565
Sen lägger man på en mängd kriteria för att acceptera eller förkasta en viss mätpunkt. Jovisst, det kan ju motiveras.
Men det riktigt märkliga börjar vid den efterföljande databehandlingen.
To reduce noise in the determination of the global estimate due to synoptic-scale atmospheric variability and measurement gaps, we fit a smooth curve to the weekly measurements. To approximate the long-term trend and average seasonal cycle at a site (subscript “STA” for station), a function of the form
- fSTA(t) = ao + a1t + a2t2 + ∑k=1,4[b2k-1sin(2πkt) + b2kcos(2πkt)]
is fitted to the measurements [Thoning et al., 1989]. The above function includes 3 polynomial parameters (quadratic) and 8 harmonic parameters, sine and cosine which can be converted to amplitude and phase of each harmonic, if desired. The initial number of parameters chosen can vary depending on the trace gas, the site and the sampling frequency. To account for interannual variability in the seasonal cycle, the residuals, rSTA(t) = cSTA(t) – fSTA(t) where cSTA(t) denotes the actual observations, are digitally filtered through a low-pass filter with a full width at half maximum (FWHM) set to ~40 days. The smooth curve is then defined as
- SSTA(t) = fSTA(t) + {rSTA(t)}40day
Figure 2 shows the smooth curve, S(t), fitted to background CO2 measurements from Ascension Island for 2000-2009. (Alltså exemplifierade inte från stationen vi Mauna Loa (19 grader N, 155 grader W), utan den vid Ascension Island (8 grader S, 14 grader W), som har en mycket mindre årstidsvariation)
Hm… en 11-parameteranpassning, följd av ”smoothing” – inte konstigt att mätdata ser så bra ut.
Men vad jag kan förstå så görs sen ingen återrevidering av tidigare data, baserat på senare information? Det som en gång hamnat i tabellen som en månadsavläsning ”ligger”. Någonstans såg jag en mening om återkalibrerering av referensgasblandningarna efteråt – för att rätta verkligheten efter kartan då ? 😛 Och vilken mätmetod skulle man använda – och varför använde man inte den från början?
Ärligt talat har jag under mina snart 50 år inom kemivetenskapen, där jag just företrädesvis sysslat med databearbetning och analys, aldrig stött på något som liknar de procedurer man använder i detta sammanhang.
Givetvis är inte de verkliga mätdata alls så bra som 5 siffror i normalt vedertagen mening. Även om de rent mättekniskt vore det skulle man inte kunna kompensera för naturlig variation via exempelvis olika vindmönster (se första figuren ovan).
Frågan är varför man utför denna låtsalek? Även tre siffrors noggrannhet räcker ju väl för ändamålet, och mätdata på den nivån är säkert sunda. Ingen ifrågasätter normalt de trender man ser, och det finns många andra ”oberoende” mätstationer än Mauna Loa (om man nu inte fifflar med kalibreringsgasblandningarna, där ett enda labb har monopol på framställningen 😛 ).
Jag gissar att man helt enkelt vill ge mätningarna hög status, och ett sken av extrem kvalitet. Risken man löper är ett förlorat vetenskapligt förtroende, trots en troligen i grunden mycket hög ambitionsnivå.
Från den humoristiska sidan går mina associationer dels till alla märkliga examenssvar man fått under åren – ett tentaproblem med i övrigt 3-siffriga ingångsdata resulterar i ett ”Svar:” (om man kan hitta det förståss) på något i stil med 4375.76543329 (i bästa fall med angiven enhet). Givetvis direkt avskrivet från miniräknarens display.
Och dels till en postdoc (utlandsforskning efter en PhD/doktorsexamen) en av mina professorskollegor en gång hade. Det var en dam från Kina, som producerade de mest fantastiska räta linjer utifrån ganska svåra mätningar. Han frågade henne hur hon bar sig åt, och fick det leende svaret att ”Jag mäter första och sista punkten, och sen fortsätter med mellanliggande värden. Om de inte faller på den räta linjen mäter jag om…”
Professor emeritus i Fysikalisk Kemi vid KTH. Klimatdebattör sedan 2003.
Peter
I tillägg till mätnoggrannheten kan Du också lägga representativiteten. Det är ju inget problem i dag med den stora mängden mätningar. Men inkluderar man representativitet så är det nog svårt att klara mer än 3 signifikanta siffror .
Vad beträffar återrevidering så görs ju detta fortlöpande med meteorologiska observationer baserade främst på nya och mer korrekta analysmetoder. Detta ogillas ju dock skarpt inte minst av denna bloggs läsare med indikationer på fusk eller tillrättalägganden osv. Hur som helst hur vi än vrider och vänder på CO2 mätningarna så ökar de monotont och i stigande takt under de ca 50 år som vi har haft rel hyggliga mätningar. Även de mest inbitna skeptiker får allt svårare att förklara bort ökningen och allt färre tror att den kommer från havet utan anser nog att skorstenarna är ursprungskällan.
LennartB
Visst, Lennart – jag antydde det med representativiteten ovan. I Figur 1 varierar ju CO2-halten ca 10 ppm vid samma tidpunkt mellan Norra och Södra halvklotet, vad jag ser. Det behövs väl inte mycket till vindfläkt för att påverka siffrorna på en lokal station ?
Mauna Loa är väl (förutom intermittent vulkanpåverkan) rätt så skyddat i en jämförelse – kanske vindarna har en dominerande riktning också.
Nej – tre siffrors noggrannhet räcker mycket väl som ”officiellt värde” och är trovärdigt – de övriga två kan man behålla som arbetsmaterial.
Bäste Lennart Bengtsson,
var kom de höga halterna CO2 i atmosfären från före ”skorstenarnas” tid? Vad säger du om prof Salbys redovisningar om CO2s ursprung?
GLAD PÅSK till alla och med förhoppningar om en varmare vår!
För att förstå klimatet är väl detta ungefär lika relevant som mätvärden på valfjärtar. Visst har koldioxid en klimatpåverkan, men den verkar vara i samma klass som det oomkullrunkeliga faktum att om man sitter längst fram i biografen får man se filmen först.
http://wattsupwiththat.com/2013/03/29/james-hansen-says-coal-is-greening-the-planet/#more-83103
W Eschebach är som vanligt riktigt intressant om bl a Jim Hansen i ovanstående. Frågan är har JH omvänt sig under galgen – njä inte riktigt tydligen.
martha durham nedan skriver slagkraftigt och avlivar biobränsle snurren effektivt. Grabben ovanför henne skriver jättebra ut en specifikation på ett hypotetiskt flytande bränsle som vi kan göra oss om vi satsar på Gen 4 (dvs skaffar oss billig energi – Littmarck brukade ju ofta framhålla den tanken). Det sorgliga är att vi istället tvingas in i den förbannade gröna hållbarhetens vind och solsvindleri.
martha durham says:
March 29, 2013 at 6:17 pm
Love the fact that the anti-coal brigade is being schooled. Just hope we can some how get rid of the “green” bio fuels which are starving people, destabilizing governments around the globe.
Instead of feeling smug about using 40%of our grain to make fuel, a fuel which requires more fossil fuel to process than any carbon savings it might be said to have, lets take that grain and feed people. That will help stabilize the globe.
Lets give people in areas that are energy deficient a way to cook their meals using biomass that is more energy efficient, rocket stoves.
Lets help restore land. Help Haiti. It has been denuded, all top soil washed away. A wasteland unable to support anyone. Almost all food was imported. That was before the earthquake.
Lets restore land and water resources. Lets make sure that the energy resources that made our country are available worldwide.
I den gamla, men fortfarande lika aktuella, klassikern “Hur man ljuger med statistik” av Darrell Huff kan man 9:e kapitel ”Att manipulera med statistik” finna ett slående exempel på decimalernas kraft.
Hundra människor tillfrågades hur länge de sov i går natt. Summan blev 783,1 timmar vilket ger medelvärdet 7,831 timmar om dygnet. Denna exakthet ger intryck av noggrannhet och att vetenskapsmannen visste vad han talade om.
Bortser vi från osäkerhetskällan från dem som påstår sig ha kastats sig fram och tillbaka i sängen oförmögen att falla i sömn medan de kanske bara var vakna i fem minuter och nöjer vi oss med en osäkerhet på plus/minus 15 minuter (0,25 timme) får vi ett medelvärdesintervall på 7,806-7,856, vilket bör presenteras som 7.8-7.9 eller ”nästan 8 timmar”, vilket ju inte framstår som lika vetenskapligt imponerande.
Det var denna kommentar jag åsyftade i ovanstående (om det nu modereras bort?)
David L. Hagen says:
March 29, 2013 at 6:04 pm
Thanks Willis
In Our Energy Predicament, Gail Tverberg graphs China’s rapid increase in coal use. See Fig. 4. Gail lays out the requirements for the needed replacement fuel and electricity:
In order for a new alternative fuel to truly fix our current …
#5 Bom: Eschenbachs diskussionen av Hansens resultat är intressant eftersom det visar på den stora okunskap om elementär statistik som råder inom meteorologin (och kanske andra naturvetenskaper). När jag var på Met Office, som ändå har de skarpaste hjärnorna, klagade besökande statistiker över deras bristande kunskaper i deras ämne.
Ett löpande sju-års medelvärde som Hansen använder är inte det mest häftiga analysinstrumentet för att visa på trender, men det går an (se dock upp för Slutsky-Yule effeten!). Men en sådan löpande medelvärdesmetod bör göra halt halvvägs före slutet på dataserien: t.ex. ett värde för 2009 avseende perioden 2006-12.
Att därefter, som Hansen, glatt fortsätta med 5, 3 och 1 års medelvärden är minst sagt inkorrekt. Nu nämner han lyckligtvis det i figurtexten (och undgår därmed anklagelser för rent bedrägeri). Men det räcker inte, den kortare periodindelningen bör också avspeglas i figuren som en streckad linjer eller konfidensintervall.
Och varför bara där? Om medelkurvor kompletterades med konfidensintervall eller andra sätt att visa på spridningen av data och därmed år-till–år variabiliteten, skulle läsaren kunna bättre skapa sig en bild av om de variationer han ser i medelvärdet är signifikanta.
Om de återgivna årliga observationerna har en variation på 8 enheter (annual airborn fraction) ger en medelvaerdesbildning oever 7 observationer en variation i medelvaerdet paa 8 delat med roten ur 7, dvs 3 enheter, plus minus.
Med undantag för början på 90-talet (och givetvis slutet på kurvan) ligger alla medelvärden kring 60 plus minus 3.
Nu ser jag i andanom hur en och annan ”skeptiker” osäkrar pistolen och letar efter bedragare inom meteorologin. Jo, sådana finns nog där också, liksom i alla vetenskaper.
Men min erfarenhet är att de mesta av det inkorrekta handhavandet av statistik bottnar i ren okunnighet. Det innebär att för varje gång som meteorologen publicerar för honom/henne positivt vilseledande statistik, har han/hon hemma i sin forskarstuga dubbelt så ofta kastat i papperskorgen goda resultat som sett ”dåliga” ut.
”What looks good, might be bad; what looks bad might be good” var vårt rättesnöre på ECMWF när vi utvärderade statistik.
Anders
Helt riktigt därför att i de flesta fall är ett medelvärde trivialt och av föga intresse. Dock inte alltid som inom ekonomin och bankvärlden. Min svåger som är statistiker berättade häromdagen hur man kom på att grekerna lyckades få ut sin pension även efter döden. Ett annat exempel finner Du i Axel Klinckowströms roande roman ”Guldsaxen” som kanske någon av bloggens läsare känner till. Om inte så rekommenderas den.
Lennart
Off Topic, men intressant:
Till slut vågade en sk klimatforskare argumentera sin position i ett program där även en mild skeptiker (Roy Spencer) och en som ifrågasätter nyttan med klimatpolitik och understryker nyttan av CO2 (Matt Ridley) var närvarande.
Gavin Schmidt (NASA GISS, men lika mycket RealClimate) var den ende tillfrågade som ville (vågade?) delta:
http://s3.amazonaws.com/TVEyesMediaCenter/UserContent/80680/1767920.2030/FBN_03-28-2013_21.43.24.wmv
Men efter att ha sett inslaget kan jag förstå varför de som säger sig både ha all vetenskap på sin sida, och även det moraliska imperativet och övertaget så ogärna vill möta sina kritiker, eller bara dem som inte är lika övertygade i öppen debatt.
Faktum var att Gavins krav för att delta var att det inte skulle vara någon debatt.
#9 AP Dags att ge Dig en komplimang tror jag! För att vara meteorolog verkar Du vara väldigt bildad! Även vetenskapshistoriskt är Du bred. Du är en tillgång för TCS utan tvivel. Tack för det!
#9 Lennart: Nja, jag vill nog dra en lans för medelvärdet. Även om det kan missbrukas, och missbrukas, så är det ändå ”första momentet” i en analys. Problemen uppstår man analysen stannar där.
På ECMWF liksom på andra meteorologiska modellinstitut beräknar man ständigt prognosernas medelfel, dvs felens medelvärde över 30 dagar. Om detta är =0 innebär det inte nödvändigtvis att prognoserna är perfekta, bara att de har samma ”klimat” som verkligheten.
Speciellt viktigt var att se att modellen inte ”driver”, dvs att medelfelet inte ökar eller minskar ju längre prognoserna är (blir långsamt kallare, varmare, torrare eller våtare). Detta var ett vanligt problem med äldre modeller och kan fortfarande vara med enklare, grovmaskiga eller på anat sätt bristfälliga modeller.
Trots att ECMWF sedan flera år i stort sett inte har någon drift kommer det titt som tätt in rapporter från de europeiska medlemstaterna att så är fallet. Jag minns för ett par år sedan kom det in en rapport från ett land att medelfelet där sjunkigt från 0 till -2 grader för 10-dygnprognserna i februari.
En så stor drift vore ett allvarligt problem, men det visade sig vara en yttring av den sk. ”regression to the mean” effekten. Februari detta år var nämligen ovanligt varmt i landet i fråga, mer än 2 grader.
ECMWF modellen driver inte det minsta, men gör självfallet inga perfekta 10-dygnsprognoser. Efter som prognoser mycket, mycket långt fram i tiden är utan prognostiskt värde fördelar de sig slumpmässigt runt det klimatologiska medelvärdet. Denna process inleds i princip redan första prognosminuten men blir klart synlig i i medelfelet först i slutet på 10-dygnsperioden.
Så det hela var en feltolkning av statistiskt helt ordentliga siffror. Det tog dock viss tid att övertyga medlemsstaten, också en del av vetenskapsmännen på ECMWF som gärna vill ställas inför nya utmaningar!
Vad bör göras? Antingen utföra dylika medelfelanalyser under längre perioder, eller perioder som, ehuru korta, i medeltal är ganska ”normala”.
No Tricks har en annan roande punkt. Den vid detta laget ökände Schellnhuber har i ett fördrag i hundraåriga Uranussällskapet jämnställt Hiroshima med Förintelsen vilket lett till våldsamma protester. Man fastslår att Hr S lider av ett utpräglat messiaskomplex. Själv undrar jag om det inte handlar om ett komplex av otrevligare sort för han arbetar ju liksom Rockijkman och Szombatfölvy för inrättandet av en global klimatdiktatur (nu glömde jag Pelle Hårfager men han är ju ändå en obetydlighet jämfört med de andra i den klubben). TVi attan (för att undgå modereringshot igen).
Att koldioxidhalten stiger är det ingen som tvivlar på, men dess betydelse som master i klimatsammanhang är mer tvivelaktigt. Den utgör en volymandel om 0.038% och dess massandel är 0.058% av innehållet i lufthavet och då är också den naturligt förkommande andelen inräknad. Av det totala lufthavets volym 100%, utgör alltså innehållet av CO2, 0.038%. Jag har aldrig någonstans sett vilken andel av lufthavet som upptas av vattenånga, annat än den siffra om 3% (30 000 ppm) som är angiven här av Peter. Är detta ett medelvärde av luftens innehåll? Det är denna relation mellan vatten i gasform och förekomsten av CO2 i luften som borde mera komma i fokus. Om vi nu också skall tala om absorptionsförmåga så är också vattenångans förmåga större än koldioxidens. Koldioxidens betydelse i sammanhanget får inte upphöjas till ett axiom som ingen vågar debattera, med risk att hela teoribyggnaden skall rasa.
Bom 14
Vad jag tycker är ytterligt märkligt är att ingen tar upp herrar Wijkman och Rockströms mycket tydliga och offentligt uttalade neomalthusianska inställning. För många människor, för hög standard, ”ohållbart”. Det var ett tag sedan deras gemensamma artikel i Svd började med ett gemensamt uttalande i den stilen. Och de är inte ensamma om den inställningen
Björn #15
Resonemanget leder logiskt till frågan:
Varför är det så viktigt att göra koldioxid till det dominerande farliga hotet? Trots att verkligheten visar att så inte är fallet.
Jag har mina egna, som jag tycker, välgrundade hypoteser. Det vore intressant att höra andras. Frågan är ju så pass viktig att den kan inte lämnas öppen. En sak är att diskutera koldioxiden påverkan, en annan är varför det är så viktigt för alarmister att hålla fast vid den hypotesen.
Bom #12, jag instämmer i att Anders Persson ska ha en en komplimang. Tillsammans med Lennart Bengtsson har han tillfört en ny dimension på den här bloggen. I den skeptiska anda som bloggen strävar till, men ur en annan vinkel. Båda dessa herrar har dessutom en pedagogisk talang utöver det vanliga.
Peter!
Mycket informativt inlägg! Hittills har jag sett de släta putsade kurvorna, men inte något orginal. Den bakgrund du ger är intressant att känna till även om den egendomliga proceduren inte har missbrukats för att ändra trenden.
Rent hypotetiskt: Vad tror ni skulle hända om trenden vänder och CO2-halterna sjunka igen? Vad skulle ske med publiceringen av dessa data om a1 och a2 bytte tecken? Jag påstår inte att man kommer att fuska, men frågan är dessutom ekonomiskt relevant genom det vad som ingåtts mellan Fred Goldberg och Gösta Walin. Och efter ett antal passerade ”grindar” finns det en viss missstro bland oss informationskonsumenter.
Som ni märkt vill Lennart B och jag ta bort lite av ”glansen” kring NAO-indexet genom att reducera det till vad det är: ett behändigt index utan mer drivande förmåga än ”Celiusindexet”.
Vi kanske inte lyckas och NAO-indexet startar en karriär i massmedia som atmosfärens ”deus ex machina”.
Men ”If you cannot beat them, join them”. Varför inte inför svågern, grannen eller kaffebordet ta fram och presentera er ”egen” prognos av NAO-indexet?
Gå in på http://www.wetterzentrale.de och utvärdera tryckskillnaden mellan Island och Azorerna dag för dag i GFS’s och ECMWF’s 10-15 dygns ”ensemble mean-prognoser.
Istället för att säga att ni sett på webben att det strömmar ner kalluft om sju dygn (det kan ju vem som helst se) så visar ni på hur ”er” prognos av NAO-indexet sjunker och kanske till och med blir negativt om sju dagar. Detta, förklarar ni med en viktig uppsyn, kommer att driva ner kalluft över Europa, förmodligen med minusgrader som följd.
Tänk vad svågern, grannen eller kaffebordet kommer att bli imponerade när det sedan blir frost!
Anders Persson [20]; Menar du att man skall ersätta NAO-indexet med kyleffekten som beror av temperatur och vindhastighet?
#21 Björn: Man ska alls icke göra sig av med NAO-indexet, vare sig i den enkla eller mer komplicerade versionen. Men man ska ta det för vad det är, ett ”index” på den storskaliga strömningen och inte misstolka NAO som någon fristående oscillation som lämpar sig att göra extrapolations- eller periodicitetsprognoser.
Det finns dock oscillationer i atmosfären och oceanerna som uppvisar viss grad av regelbundenheter och därför inbjuder till extrapolations- eller periodicitetsprognoser. En sådan är El Niño med en kvasiperiod på cirka 5 år, QBO (Quasi Biennial Oscillation) en 24-28 månaders omväxling av ostliga och västliga vindar i den tropiska stratosfären samt MJO (Madden Julian Oscillation) en komplicerad svängning i tropikerna på 1-3 månader.
Se http://en.wikipedia.org/wiki/Madden%E2%80%93Julian_oscillation för en intressant beskrivning.
Tveksamt om ENSO fenomenet skall ses som en oscillation, men viss återkommande regelbundenhet tycks där ju iaf finnas …
Spännande läsning, skrämmande läsning.
Om Mauna Loa gänget engagerat Picasso till att rita diagrammen hade de i varje fall varit värda mer än papperet de är ritade på, och snyggare!