Вы хочете песен? Их есть у меня.

Итак, оппонент, сильно озабоченный стилем моего общения – хотя ему следовало бы больше озаботиться чтением того, на что он ссылается – жаждет академической дискуссии. Что ж, мне нетрудно разок сдержать эмоции (но лишь разок!) и обойтись без уничижительных (но, к сожалению, весьма уместных) эпитетов.

Напомню суть спора: оппонент утверждал, что никакого глобального потепления на самом деле не наблюдается, а все наблюдаемые климатические изменения якобы объясняются некими циклическими процессами. Цитата:

Площадь арктического льда стабильна с 2007 года. Спутники измеряют льды с 1979 года. 1979-80гг - это как раз минимум 60-летнего цикла, и одновременно максимум арктического оледенения за последние сто лет. Естественно, 2007-2012гг - это минимум арктического оледенения, в соответствии с изменением океанских циклов качели сейчас пойдут обратно.

Ну так это глубоко ложное утверждение: все периодические изменения на глобальном уровне наложены на четкий тренд – это касается как температуры, так и уровня Мирового океана с площадью ледяного покрова. То есть, в отдельные годы можно наблюдать максимумы/минимумы, но тренд остается более-менее неизменным (рисунки прилагаются) – никакие «качели» обратно не идут.

Ниже, при разборе статьи, на которую он сослался, я приведу цитаты из публикаций, на которые в свою очередь сослался автор статьи, где сие утверждается открытым текстом. В общем и целом у меня сложилось однозначное впечатление, что статей этих оппонент не читал и в предмет особо не вникал в надежде, что мне тоже будет лень этим заниматься, иначе бы не делал своих резких заявлений. Итак,

Сказ о том, как один французский ученый пытался поместить глобус внутри совы, или К вопросу об использовании научной недобросовестности в политических целях.

Начну со «списка 20-ти» - статей, на которые ссылается автор во введении. В этих статьях должны быть указания на 60-летний цикл для временного ряда средней температуры поверхности Земли (global mean temperature of the earth). Список этот вызывает некоторое удивление (в неакадемической дискуссии я бы употребил термин «прикольный») – в нем соседствуют как солидные и очень интересные статьи, так и откровенно низкокачественные (в неакадемической дискуссии – «халтура»). Некоторые статьи не содержат сведений о многодекадных (это я обобщаю, ибо речь на самом деле идет не о 60-летнем, а о широкой полосе в 50-80 лет) циклах. Общее впечатление: автор пытается любым способом увеличить количество цитирований, не заботясь о качестве. Въедливый рецензент должен был бы сделать замечание, но... качество рецензирования, увы, сильно упало. Утверждаю, как неоднократно вступавший в полемику с редакторами научных журналов, публиковавших статьи с вопиющими ошибками и ложными утверждениями. Теперь постатейно:

• Schlesinger and Ramankutty, 1994 – наиболее солидная статья, одна из двух, в которых был грамотно верифицирован математический метод определения гармонической составляющей временного ряда. Но... в статье анализируется лишь осциллирующая составляющая, а тренд просто вычитается. Более того, вычитание тренда является обязательным условием успешности применения выбранного авторами мат.метода. Статья демонстрирует, что многодекадные циклы характерны только для Северного полушария, более того, в основном для Северной Атлантики и прилегающих областей. На основании этого делается вывод об отсутствии прямой корреляции этих циклов с параметрами солнечной радиации. Цитата:

In addition to the well-known warming of ~0.5°C since the middle of the nineteenth century, global-mean surface temperature records^1-4 display substantial variability on timescales of a century or less. Accurate prediction of future temperature change requires an understanding of the causes of this variability; possibilities include external factors, such as increasing greenhouse-gas concentrations^5-7 and anthropogenic sulphate aerosols^8-10, and internal factors, both predictable (such as El Nino¹¹) and unpredictable (noise^12,13). Here we apply singular spectrum analysis^14-20 to four global-mean temperature records^1-4, and identify a temperature oscillation with a period of 65-70 years. Singular spectrum analysis of the surface temperature records for 11 geographical regions shows that the 65-70-year oscillation is the statistical result of 50-88-year oscillations for the North Atlantic Ocean and its bounding Northern Hemisphere continents. These oscillations have obscured the greenhouse warming signal in the North Atlantic and North America. Comparison with previous observations and model simulations suggests that the oscillation arises from predictable internal variability of the ocean-atmosphere system.

Пришлось разобраться с методом SSA – я им ранее не пользовался, но основные его составляющие в виде SVD-преобразования и метода главных компонент мне хорошо знакомы. Будет время – проанализирую им все имеющиеся HadCRUT-ансамбли данных по температуре, благо метод простой и доступный.

• Ogurtsov et al., 2002 – довольно спорная статья, начиная с методологии. Интерпретация данных по концентрации ¹⁰Be весьма неоднозначна – по крайней мере, так пишут в свежих статьях на эту тему (например, [1]). Частоты диапазона, соответствующего циклам 50-80 лет в вейвлет-разложении, проявляются только в определенные периоды, скорее всего, это либо артефакты, либо локальные особенности. Цитирование корректное, но ненадежное.

• Klyashtorin and Lyubushin, 2003 – статья из журнала с крайне невысоким импакт-фактором (0.3). Не совсем понятна логика авторов: зачем понадобилось показывать, что кривая температуры слабо коррелирует с кривой потребления топлива, не содержащей периодической компоненты, если было продемонстрировано наличие оной у первой?! Почему бы не сравнить с трендом? Возможно, потому, что тренд они считают линейным – выделение нелинейных трендов авторы тогда еще не освоили. Поражает точность определения периода цикла – до второго знака после запятой, и это при использовании МНК! Я бы очень хотел взглянуть на результаты аппроксимации – уверен, что ошибка вопределении периода будет порядка нескольких лет, если не десятка. Почему отсутствует более высокочастотная периодичность у глобальной температуры, если по данным ¹⁸O выявлен цикл в 33 года с ненулевой интенсивностью в актуальных спектрах? Почему так различаются периоды циклов для данных прямых температурных измерений и по ¹⁸O (64 и 55 лет соответственно)? Уровень статьи в целом соответствует уровню журнала. Тем не менее, она полностью релевантна в контексте.

• Loehle, 2004 – среди прочих (а автор мыслит масштабно, циклов много, и они все очень длительные) упоминается лишь 88-летний Gleissberg-цикл, что несколько превосходит допустимый диапазон. Опять же, никакого серьезного анализа временных рядов с выявлением скрытой периодичности я там не увидел. Цитирование, на мой взгляд, некорректное, но сделаю скидку на увлеченность автора – пусть будет условно корректным.

• Zhen-Shan and Xian, 2007 – в общем, статья производит впечатление серьезной. Какой-никакой анализ с использованием вейвлетов, разве что, температура берется не глобальная, а усредненная по Китаю. И все бы ничего, но... называется она «Multi-scale analysis of global temperature changes and trend of a drop in temperature in the next 20 years». Если учесть, что эта [явно многострадальная – почти год между первой отсылкой и принятием к печати] статья была написана в 2005м, а на дворе уже 2019й, и никакого тренда на уменьшение пока не наблюдается (см. Рисунок), то сомнение в результатах этой статьи вполне закономерно. Но несмотря на «китаеориентированность» - все же, Китай больше, чем один небольшой участок Гренландии - и фиаско с предсказательностью, цитирование сочтем условно корректным.

• Carvalo et al., 2007 – даже фамилия автора указана с ошибкой (на самом деле . Caravalho, мелочь, но для меня свидетельство недостаточно серьезного подхода). В статье нет никаких упоминаний о циклах в 50-80 лет, лишь упоминаются 20-30-летние циклы для Северной Атлантики. Некорректное цитирование.
• Swanson and Tsonis, 2009 – никакие циклы подходящей длительности в работе не упоминаются, анализ периодичности отсутствует, зато упоминается наличие тренда. На рис. 1 (в середине), правда, есть нечто, обнаруживающее осцилляции с подходящим периодом. Но это не температура, а некий параметр связи (coupling). Некорректное цитирование.
• Scafetta, 2009 – в статье рассматриваются циклы с периодом до 12 лет включительно, никаких выводов о многодекадных циклах не обнаружено. Налицо некорректное цитирование.
• Akasofu, 2010 – статья из «мусорного» журнала от издательства, относящегося к категории «predatory publishing», совершенно вторичная, никаких выкладок с определением периодичности колебаний не обнаружено, никаких оценок погрешностей тоже. В неакадемической дискуссии я бы назвал подобный уровень доказательств «мамой клянусь!». Корректность цитирования условная.
• D'Aleo and Easterbrook, 2010 – странная многословная статья в журнале с импакт-фактором 0.3. Никакой статистической оценки длительности цикла, никаких методов выявления периодичности, просто пририсовка синусоиды к кривой температуры. Возможно, я упустил что-то важное, и статья содержит какие-то нетривиальные сведения (корреляция между усредненной температурой в США и температурами обоих омывающих оные океанов мне не кажется таковой), но мне лень разбираться с ней глубже – не люблю подобного многословия. Готов выслушать возражения и согласиться с ними, если оные окажутся достаточно аргументированными. Хоть и не особо доказательно, но процитирована статья вполне корректно.
• Loehle and Scafetta, 2011 – статья производит скорее негативное впечатление: снова используются нелинейные наименьшие квадраты, хотя этот метод требует как минимум валидации (а по моему опыту – вообще не подходит при таком соотношении сигнал/шум). Серьезных подтверждений наличию гармоники в интервале 50-80 лет я не увидел, скорее, доказано то, что и постулировано. Делается вывод о доминирующей роли солнечной активности, что явно противоречит менее ангажированным публикациям. С учетом репутации одного из авторов я бы отнесся к результатам крайне скептически. Тем не менее, да, цитирование уместное.
• Humlum et al., 2011 – солидная статья, по качеству нет претензий, но... не об изменениях ГЛОБАЛЬНОЙ температуры, а лишь измеренной в одной точке Гренландии. Опять некорректное цитирование. Плюс, отсутствует верификация мат.метода.

• Chambers et al., 2012 – посвящена осцилляциям уровня Мирового океана, при упоминании температурных осцилляций ссылается снова на (Schlesinger and Ramankutty, 1994), т.о., снова некорректное цитирование. Но кое-что интересное в ней имеет место быть:

It is important to point out that even if a 60-year oscillation is occurring in GMSL, it is still a small fluctuation about a highly significant rate of rise. Modeling a 60-year oscillation does not change the estimated trend in any reconstruction time-series of GMSL by more than 0.1 mm yr ¹ (Table 1), which is lower than the uncertainty. Thus, it does not change the overall conclusion that sea level has been rising on average by 1.7 mm yr^-1 over the last 110 years. The 60-year oscillation will, however, change our interpretation of the trends when estimated over periods less than 1-cycle of the oscillation.

В кратком переводе: все флуктуации пренебрежимы на фоне мощного возрастающего тренда. Что и т.д.

• Lüdecke et al., 2013 – статья не впечатлила. Данные только по Европе, методы – фурье и вейвлеты. Фурье-спектр содержит «лес» пиков, интенсивность пика, соответствующего 65-летнему циклу, гораздо ниже, чем у более низкочастотных, в результате не совсем понятно, почему этому циклу вообще уделено столько внимания. Результаты вейвлет-преобразования лишь подтверждают мои сомнения в результатах фурье-анализа: частоты в районе 1/60 локализованы во времени. Т.е., эта гармоника то появляется, то пропадает – почему? Циклы, к слову, приписаны в основном внутренним причинам – правда, со ссылкой на всю ту же работу (Schlesinger and Ramankutty, 1994). В общем, все шатко и неубедительно. По моему мнению, статья не описывает глобальные изменения температуры, поэтому ее цитирование спорно. Но раз уж был «зачтен» Китай, то почему бы не «зачесть» и Европу?

• Courtillot et al., 2013 – на мой взгляд, совершенно беспомощная статья из «мусорного» журнала категории «predatory publishing» (все того же издательства, что опубликовало статьи Akasofu - Scientific Research Publishing), аппроксимация полиномами, какие-то странные упражнения с «broken lines» - мне не захотелось разбираться глубже, ибо с моей точки зрения там нет никакого серьезного анализа – готов выслушать предметные возражения. Тем не менее, цитирование условно корректное, хоть и не соответствует уровню Earth-Science Reviews – я глубоко убежден, что ссылаться на «мусорные» источники при публикации в журнале с импакт-фактором более 7 неуместно.

• Akasofu, 2013 – аналогично предыдущей статье этого же автора. Ничего особо нового. Несерьезно.

• Macias et al., 2014 – очень приличная и абсолютно уместная статья уровня (Schlesinger and Ramankutty, 1994) с использованием того же метода SSA с подробным описанием процедуры - такие статьи легко и приятно читать. Думаю, она сильно вдохновила автора. Но и в данной статье демонстрируется в основном изменчивость скорости глобального потепления – тренд (нелинейный, при первом рассмотрении близкий к параболическому) остается неизменно возрастающим.

• Ogurtsov et al., 2015 – в принципе, не сильно отличается от предыдущей этого же автора, хотя качество, на мой взгляд, возросло. С помощью вейвлет-разложения анализируются температурные данные для Ямала и Таймыра, а также более южных областей Северного полушария. Выявляются не только 60-летние циклы, но еще попутно и 130-, и 200-летние. Демонстрируется отличная корреляция с кривыми содержания ¹⁰Be, но почему-то только для двух наборов данных (datasets) - в остальных случаях корреляционная связь гораздо слабее, что настораживает. Как и разрывы и размытость полосы частот, соответствующих 50-80-летним циклам для Таймыра и Ямала на графиках вейвлет-разложений. Статья, безусловно, интересная, но далеко не бесспорная. Цитирование, на мой взгляд, не вполне уместное, но с учетом качества готов признать корректным.

• Knudsen et al., 2011 – серьезная, очень достойная публикация. Использовано модифицированное «оконное» фурье-преобразование. В спектрограммах полосы частот, соответствующие 50-90-летним циклам, прерывисты, но видно, что в целом периодичность в этом диапазоне характерна для всего голоцена с «переключением» между частотами. Цитата:

Given the increase in North Atlantic SST over the past ~30 years, and the expected future increase in global SST [sea surface temperature], we anticipate that the influence of the AMO on climate variability in the northern North Atlantic region will increase in response to the future warming of the North Atlantic Ocean. Moreover, the AMO shifted into its warm phase in the 1990s (Fig. 1), which may have accentuated global warming in this period. A return from a warm to a cold AMO phase could temporarily mask the effects of anthropogenic global warming ⁴⁷ , and thus lead to possible underestimation of future warming if the variability of the AMO is not taken into account.

То есть, авторы опасаются недооценки антропогенного глобального потепления, т.к. осцилляции могут маскировать тренд. Мнение, однако, совершенно противоположное тому, что высказал оппонент.

• McCarthy et al., 2015 – еще одна очень серьезная работа. Но никаких 60-летних циклов там не упоминается, речь лишь о том, что NAO (Северо-Атлантическая осцилляция) коррелирует с AMO (Атлантической многодекадной), рассматриваются 7-летние циклы. Некорректное цитирование. Вместо нее с гораздо бОльшим успехом можно было бы процитировать работу T. L. Delworth and M. E. Mann, “Observed and simulated multidecadal variability in the Northern Hemisphere“, Climate Dynamics (2000) 16:661-676 (тоже очень серьезную, хоть и лишь о Северном полушарии)

Итого: из 20 процитированных работ полностью корректным можно назвать лишь цитирование девяти, еще пяти – условно корректным, из них три работы категории «мусорных». Для столь серьезного журнала результат, с моей точки зрения, скорее, разочаровывающий. Я не вычитывал статьи до буквы и не проверял с карандашом все формулы, какие-то просматривал по диагонали – стиль и язык некоторых цитируемых публикаций слишком далеки от совершенства. Поэтому вполне допускаю, что мог проглядеть нечто важное. Готов обсудить это в рамках академической дискуссии.

Теперь к животрепещущей теме осцилляций уровня Мирового океана и площади ледяного покрова.

Начнем с уровня океана – честно говоря, у меня вызывает большой вопрос корректность использованной автором процедуры усреднения данных, полученных в рамках разных подходов. Усреднять можно, если различия стохастичны, здесь же будет явное систематическое расхождение. В любом случае, хорошей проверкой реальности осцилляций стало бы их выявление во всех трех наборах данных по отдельности. Но этого проделано не было. Как не указаны стандартные отклонения для параметров синусоиды – по опыту на таких зашумленных сигналах они будут аховые, сравнимые по величине с самим параметром, что ставит корректность всей процедуры под сомнение. Я проанализировал данные (Church, 2006) методом SSA с вычетом тренда (периодограмма приведена), видны четыре пика, причем наиболее интенсивный соответствует 21-летнему циклу. SSA-разложение дает четыре компоненты с близким вкладом в вариацию сигнала – это означает, что 60-летний цикл не является доминирующим.

Оцифровывать другие временные ряды мне было лень – процедура утомительная, да и смысла в этом большого не вижу. Потому как данные (Ray and Douglas, 2011) неплохо согласуются с (Church, 2006), а вот данные (Jevrejeva, 2006) были подвергнуты серьезной критике в статье [2], а посему могут быть признаны малодостоверными. Повторю: речь не идет о колебаниях УРОВНЯ – он стабильно растет, речь о колебаниях СКОРОСТИ РОСТА, и ВСЕ кривые оной лежат заметно выше нулевого уровня.

Кстати, о скорости роста. Автор статьи утверждает, что она снизилась («A deceleration of the sea-level rise measured by satellite altimetry is also found since 2002»). Но последние публикации по данным со спутников [3] опровергают это утверждение, что крайне снижает оценку состоятельности выводов, которые делает автор.

Если у кого-то возникнет желание поупражняться в анализе временных рядов, то могу разместить здесь ASCII-файл с оцифрованными данными (Church, 2006), пусть убедится сам.

Теперь о ледяном покрове. С ним ситуация еще печальнее, так как систематические достоверные наблюдения доступны лишь с 70х гг. прошлого века. Для статистически достоверного выявления каких-либо долгосрочных осцилляций периода L (в единицах длины ряда) считается необходимым, чтобы длина ряда превышала 2L («два периода»), что в данном случае не выполняется. Но автора это не смущает – он ничтоже сумняшеся аппроксимирует синусоиды, не обращая внимания на то, что достоверность их параметров околонулевая. И здесь снова автор использует крайне спорную методику (на мой взгляд – абсолютно некорректную) – он усредняет Арктику с Антарктикой, хотя процессы там идут абсолютно по-разному. Корректно было бы выявить осцилляции для обоих полушарий в отдельности – при наличии глобальной осцилляции она бы проявилась в обоих случаях, пусть со сдвигом по фазе или с некоторым различием в частотах. Но нет, если не усреднять, то никаких сенсаций не случится – в Арктике ледяной покров неуклонно сокращается, в Антарктике тренд околонулевой (ок, сейчас слегка положительный, но это, полагаю, в пределах погрешности определения наклона линейной аппроксимации) при сильных колебаниях в последние годы. Это типичная манипуляция – рецензент просто ОБЯЗАН был обратить на нее внимание и сделать замечание автору!

Подробный анализ выкладок автора о роли CO₂ мне делать лень (надеюсь, вряд ли у кого-либо возникнут сомнения в том, что я достаточно компетентен для этого) – все же предмет спора был иной. Но одно цитирование не может не насторожить: автор всерьез ссылается на крайне одиозную работу (Gerlich and Tscheuschner, 2009), нещадно раскритикованную после ее публикации. Авторов обвинили в непрофессионализме и предвзятости. Подробнейшая и предметнейшая критика работы Герлиха и Тшёйшнера [4] была опубликована в 2010-м – т.е., задолго до отсылки манускрипта автором данной публикации, что дает мне повод сделать заключение о научной недобросовестности автора.

Что же мы имеем в итоге? Да, многодекадные осцилляции температуры в Северном полушарии, по-видимому, имеют место быть – по крайней мере, есть статистически надежные данные, демонстрирующие их возможность, смущает лишь слишком широкая полоса частот- указаны периоды от 50 до 80 лет, для меня лично это повод усомниться в надежности использованных математических методов. Наличие 60-летних осцилляций площади ледового покрова или уровня Мирового океана в силу недостаточной продолжительности наблюдений и/или низкого соотношения сигнал/шум статистически достоверно не выявлено и остается лишь гипотезой. В любом случае, речь идет лишь о весьма небольших вариациях скорости изменения на фоне почти линейного тренда – никакого существенного влияния эти вариации на общую картину не оказывают. Тем не менее, изучение осцилляций важно и нужно, жаль, что ради каких-то политических дивидендов часто в дискуссии используются некорректные методы.

Мораль: современная наука сложна – как с точки зрения рассматриваемых объектов и моделей для их описания, так и для понимания полученных результатов. Требуется определенный уровень знаний, чтобы критически оценить ту или иную публикацию. Такое положение вещей дает большой простор для манипуляций общественным сознанием. Особенно в нем преуспевают всевозможные «отрицатели» – они ласково нашептывают обывателю, мол, смотри, тебя до сей поры все обманывали, но теперь ты знаешь правду, ведь ты же не дурак и сам понимаешь. Такой подход не может не тешить чувство собственной важности, позволяя обывателю ощутить причастность к чему-то сокровенному и поднять самооценку. Но все это было, есть и будет самообман, часто приводящий к самым печальным последствиям. Нельзя верить тем, кто сознательно подтасовывает факты и пытается навязать необоснованное мнение, пользуясь неосведомленностью обывателя.

Литература:

[1] C. J. Wu et al., “Solar activity over nine millennia: A consistent multi-proxy reconstruction”, A&A (2018) 615:A93

[2] J.A. Church and N.J. White, “Sea-Level Rise from the Late 19^th to the Early 21^st Century”, Surv. Geophys. (2011) 32:585–602

[3] R.S. Nerem et al., “Climate-change–driven accelerated sea-level rise detected in the altimeter era”, PNAS (2018) 115:2022–2025

[4] J. Halpern et al., “Comment on “Falsification of the Atmospheric CO₂ Greenhouse Effects Within the Frame of Physics””, Int. J. Mod. Phys. B (2010) 24: 1309–1332

PS. Больше я подобных масштабных экзерсисов устраивать не намерен – и потому, что климатология крайне далека от сферы моих профессиональных интересов (за исключением методов анализа и обработки сигналов), и потому, что не предполагаю какого-либо позитивного результата – я не рассчитываю переубедить тех, кто истово верует в любую концепцию, соответствующую его политическим взглядам. Только короткие разборы полетов с краткой и четкой постановкой вопроса. Ну, или перебранка с использованием соответствующих эпитетов. Мне слишком жаль потраченного времени, даже с учетом того, что часть из него ушла на ознакомление с новым для меня методом анализа периодичности временных рядов.

PPS. Если кто-то «ниасилит», потому что «слишкам многа букаф», я не виноват – это вынужденное многословие.

PPPS. Не приаттачил периодограмму с первого раза, пришлось изменить постинг.