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Bomba del riscaldamento globale
I progressi nella scienza a volte sono fatti da grandi scoperte. Ma la scienza avanza anche quando apprendiamo che qualcosa che credevamo fosse vero. Quando si risolve un puzzle, a volte la soluzione può essere ostacolata dal fatto che un pezzo sbagliato è stato incastrato in un punto chiave.
Nel dibattito scientifico e politico sul riscaldamento globale, l'ultimo pezzo sbagliato potrebbe essere la mazza da hockey, il famoso complotto (mostrato sotto), pubblicato dal geoscienziato dell'Università del Massachusetts Michael Mann e colleghi. Questa trama pretende di mostrare che stiamo vivendo il clima più caldo in un millennio e che la terra, dopo essere rimasta fresca per secoli durante l'era medievale, ha iniziato improvvisamente a riscaldarsi circa 100 anni fa, proprio nel momento in cui l'incendio di carbone e petrolio hanno portato ad un aumento dei livelli atmosferici di anidride carbonica.
Ne ho parlato a lungo nella mia rubrica di dicembre 2003. Sfortunatamente, la discussione su questo complotto è stata così inquinata dalla frenesia politica e attivista che è difficile scavarci dentro per raggiungere la scienza. Il mio articolo precedente era in gran parte un appello affinché la scienza procedesse indisturbata. Sfortunatamente, l'importanza stessa della questione ha reso difficile perseguire una scienza attenta.
Ma ora uno shock: gli scienziati canadesi Stephen McIntyre e Ross McKitrick hanno scoperto un difetto matematico fondamentale nel programma informatico utilizzato per produrre la mazza da hockey. Nelle sue pubblicazioni originali del bastone, Mann pretendeva di utilizzare un metodo standard noto come analisi dei componenti principali, o PCA, per trovare le caratteristiche dominanti in una serie di oltre 70 diversi record climatici.
Ma non era così. McIntyre e McKitrick hanno ottenuto parte del programma utilizzato da Mann e hanno riscontrato seri problemi. Non solo il programma non esegue la PCA convenzionale, ma gestisce la normalizzazione dei dati in un modo che può essere descritto solo come errato.
Ora arriva il vero shock. Questa procedura di normalizzazione impropria tende a enfatizzare tutti i dati che hanno la forma di una mazza da hockey ea sopprimere tutti i dati che non lo fanno. Per dimostrare questo effetto, McIntyre e McKitrick hanno creato alcuni dati di test privi di significato che, in media, non avevano tendenze. Questo metodo di generazione di dati casuali è chiamato analisi Monte Carlo, dal famoso casinò, ed è ampiamente utilizzato nell'analisi statistica per testare le procedure. Quando McIntyre e McKitrick hanno inserito questi dati casuali nella procedura di Mann, è saltata fuori la forma di una mazza da hockey!
Quella scoperta mi ha colpito come una bomba e sospetto che stia avendo lo stesso effetto su molti altri. Improvvisamente la mazza da hockey, il poster-figlio della comunità del riscaldamento globale, si rivela essere un artefatto di scarsa matematica. Come potrebbe accadere? Cosa sta succedendo? Permettetemi di divagare in una breve discussione tecnica su come si è verificato questo incredibile errore.
In PCA e tecniche simili, a ciascuno dei (in questo caso, in genere 70) diversi set di dati vengono sottratte le medie (quindi hanno una media pari a zero) e quindi vengono moltiplicate per un numero per rendere la loro variazione media intorno a quella media per essere uguale a uno; in gergo tecnico si dice che ogni set di dati è normalizzato a media nulla e varianza unitaria. Nella PCA standard, ogni set di dati è normalizzato per il suo periodo di dati completo; per i set di dati climatici chiave che Mann ha usato per creare il suo grafico con la mazza da hockey, questo era l'intervallo 1400-1980. Ma il programma per computer utilizzato da Mann non lo faceva. Invece, ha imposto a ciascun set di dati di avere una media zero per il periodo di tempo 1902-1980 e di far corrispondere i record storici per questo intervallo. Questo è il momento in cui la temperatura storica è ben nota, quindi questa procedura garantisce la scala di temperatura più accurata. Ma rovina completamente la PCA. La PCA si occupa principalmente dei set di dati che hanno un'elevata varianza e la procedura di normalizzazione Mann tende a dare una varianza molto elevata a qualsiasi set di dati con una forma a mazza da hockey. (Tali insiemi di dati hanno una media zero solo nel periodo 1902-1980, non nel periodo più lungo 1400-1980.)
Il risultato netto: il componente principale avrà la forma di una mazza da hockey anche se la maggior parte dei dati non lo ha.
McIntyre e McKitrick hanno inviato la loro analisi dettagliata a Natura rivista per la pubblicazione, ed è stato ampiamente referenziato. Ma la loro carta è stata infine respinta. Per la frustrazione, McIntyre e McKitrick hanno messo l'intero record della loro sottomissione e l'arbitro riferisce su a pagina web per tutti da vedere. Se guardi, vedrai che McIntyre e McKitrick hanno trovato numerosi altri problemi con l'analisi di Mann. Sottolineo il bug nel loro programma PCA semplicemente perché è così palese e così facile da capire. Apparentemente, Mann ei suoi colleghi non hanno mai testato il loro programma con l'approccio standard Monte Carlo, altrimenti avrebbero scoperto l'errore da soli. Stanno emergendo altre e diverse critiche alla mazza da hockey (si veda, ad esempio, l'articolo di Hans von Storch e colleghi nel numero del 30 settembre di Scienza ).
Alcune persone potrebbero lamentarsi del fatto che McIntyre e McKitrick non abbiano pubblicato i loro risultati in una rivista referenziata. Questo è vero, ma non per mancanza di tentativi. Inoltre, il documento è stato arbitrato e, ancora meglio, i rapporti degli arbitri sono lì per noi da leggere. McIntyre e McKitricks hanno solo fallito nel non convincere Natura che il giornale era abbastanza importante da essere pubblicato.
In che modo questa bomba influisce su ciò che pensiamo del riscaldamento globale?
Certamente non nega la minaccia di un aumento della temperatura globale a lungo termine. Infatti, McIntyre e McKitrick stanno attenti a sottolineare che è difficile trarre conclusioni da questi dati, anche con le loro correzioni. C'è stato il riscaldamento globale medievale? Il mese scorso il consenso era che non lo faceva; ora la risposta corretta è che nessuno lo sa veramente. La scoperta di errori nell'analisi di Mann non risolve il dibattito; lo riapre appena. Ora sappiamo meno della storia del clima e delle sue fluttuazioni naturali nel corso dei secoli, di quanto pensassimo di sapere.
Se sei preoccupato per il riscaldamento globale (come lo sono io) e pensi che l'anidride carbonica creata dall'uomo possa contribuire (come faccio io), allora dovresti comunque essere d'accordo sul fatto che è molto meglio aver rotto la mazza da hockey. La disinformazione può causare danni reali, perché distorce le previsioni. Supponiamo, ad esempio, che le misurazioni future negli anni 2005-2015 mostrino un chiaro e distinto globale raffreddamento tendenza. (Potrebbe succedere.) Se prendessimo erroneamente la mazza da hockey sul serio, cioè se credessimo che le fluttuazioni naturali del clima siano piccole, allora potremmo concludere (erroneamente) che il raffreddamento non potrebbe essere solo una fluttuazione casuale in cima a un tendenza al riscaldamento a lungo termine, poiché secondo la mazza da hockey, tali fluttuazioni sono trascurabili. E questo potrebbe portare a sua volta alla conclusione errata che le previsioni sul riscaldamento globale sono un sacco di sciocchezze. Se, d'altra parte, rifiutiamo la mazza da hockey e riconosciamo che le fluttuazioni naturali possono essere grandi, allora non saremo fuorviati da alcuni anni di raffreddamento casuale.
Una falsa mazza da hockey è più pericolosa di una rotta, se sappiamo che è rotta. È nostra responsabilità in quanto scienziati esaminare i dati in modo imparziale e trarre le conclusioni che seguono. Quando scopriamo un errore, lo ammettiamo, impariamo da esso e forse riscopriamo il valore della cautela.