I Andreas Wahls «Folkeopplysningen» nylig fikk vi igjen stifte kontakt med tre herrer fra de såkalte «Klimarealistene» som kunne fortelle oss at klimaendringene er naturlige og ikke menneskeskapt.

I denne kronikken skal jeg beskrive en av de mange uavhengige metodene som brukes for å teste denne påstanden, en metode som har mye til felles med moderne detektivarbeid.

Fordelen med metoden er at den er forståelig for de fleste, og kan utføres av enhver som vet hvordan man finner og laster ned observasjonsdata fra nettet, som har tilgang til en billig PC, og kan bruke standard programpakker for statistisk analyse.

Men vi skal også se at det er lett å trå feil når man bruker slike metoder. Forklaringsvariablene man anvender må ikke være for mange og være fysisk plausible, og man må kjenne metodens begrensninger.

Tre kilder til ubalanse

Den globale overflatetemperaturen på jorda endrer seg hvis det oppstår en ubalanse mellom energien som stråler inn på jordoverflaten i form av sollys og energien som går ut i verdensrommet som varmestråling. En slik ubalanse kaller vi gjerne et klimapådriv. Men ikke alle temperaturvariasjoner skyldes ytre pådriv. Det kan også være variasjoner på jordoverflaten på grunn av varmeutveksling mellom de øvre og dypere lag i havet.

Det er tre hovedkilder til klimapådriv; variasjoner i solas utstråling, store vulkanutbrudd som spyr ut ørsmå partikler som reflekterer solstråling, og forskjellige menneskelige påvirkninger.

Utslipp av drivhusgasser har en oppvarmende effekt fordi de reduserer utgående varmestråling, svart sot varmer også opp fordi det absorberer lys, mens utslipp av partikler (aerosoler) har en avkjølende effekt fordi de reflekterer sollys.

Den mest markante naturlige variasjonen i utveksling av varme mellom overflate og dyphav er forbundet med et fenomen i den tropiske Stillehavsregionen som på engelsk kalles El Niño Southern Oscillation (ENSO). Dette er en svingning som med 3 til 7 års mellomrom fører til en markant økning i global temperatur. Denne varme fasen av svingningen kalles El Niño, mens den kalde fasen kalles La Niña. Vi hadde spesielt kraftige El Niño-faser i 1997-98 og i 2014-16.

Varierer over tid

De ulike pådrivene og naturlige svingningene varierer i tiden. Solaktiviteten har periodiske variasjoner, vulkanene har plutselige utbrudd der pådrivet er relativt kortvarig, og det menneskelige pådrivet har vært jevnt akselererende de siste 250 årene.

På grunn av varmetransporten ned i dyphavet er responsen i overflatetemperaturen på disse påvirkningene forsinket. For eksempel vil vi ha en rask avkjøling i løpet av de første par årene etter et kraftig vulkanutbrudd, men det vil også være en mye mer langvarig avkjølende effekt. Denne forsinkelsen må vi ta med i beregningen når vi estimerer virkningen av de enkelte pådrivene.

I mine analyser har jeg brukt en responsfunksjon med «hukommelse» som tar hensyn til disse forsinkelsene og som er empirisk bestemt fra observasjonsdata. Uten en slik hukommelse vil vi for eksempel ikke kunne representere klimavirkningen av store vulkanutbrudd korrekt.

Mønsteret er som et fingeravtrykk

Virkningen av hvert enkelt pådriv bærer et mønster i tidsvariasjonen som vi kan sammenlikne med et fingeravtrykk. Problemet er at disse fingeravtrykkene ligger oppå hverandre i det observerte tempertursignalet som vi ser som den svarte, stiplete kurven i figuren under.

Jeg tror at selv en «klimarealist» vil gå god for formen på selve fingeravtrykkene. Uenigheten går på hvor stor vekt de de enkelte pådrivene har i det totale signalet.

Mange klimarealister tror for eksempel at solsignalet har så stor vekt at det forklarer det meste av temperaturøkningen som vi har observert i perioden 1880-2017.

Det finnes imidlertid en objektiv måte å bestemme denne vekten på som kalles multippel regresjonsanalyse. Den går ut på å skrive det totale temperatursignalet som en sum av fingeravtrykkene (forklaringsvariable), men der vekten av hvert avtrykk i utgangspunktet er ubestemt.

Ved å sammenligne resultatet av denne summeringen med det observerte signalet vil regresjonsanalysen bestemme vektingen i summen slik at avviket fra det observerte signalet blir minst mulig. Resultatet av denne analysen er vist som de røde kurvene i begge figurer, og kalles gjerne «det forklarte signalet».

Viktig å unngå for mange forklaringsvariabler

Det spesielle ved figuren er at i denne analysen er fingeravtrykkene for sol, vulkaner og menneskelige pådriv gitt samme vekt, mens La Niña og El Niño har blitt gitt en uavhengig vekt som er bestemt av regresjonsanalysen. Vi har altså bare to forklaringsvariabler; én for det samlete pådrivet og én for La Niña og El Niño-fasene.

Når vi likevel får så god overensstemmelse mellom det forklarte og observerte signalet, så tyder dette på at pådrivene i utgangspunktet er vektet korrekt og at vi har god forståelse av fysikken som bestemmer pådrivene.

Videre forteller det at vi ikke trenger å innføre flere pådriv eller klimasvingninger for å forklare det meste av temperaturvariasjonene. Dette er viktig, fordi jo flere forklaringsvariabler vi bruker, jo større sjanse er det for at vi får god tilpasning til observasjonsdataene ved ren tilfeldighet.

Dette fenomenet kalles «overtilpasning», og er en av årsakene til de mange usannsynlige forklaringene som florerer på nettet og i useriøse tidsskrift.

Gjør det mulig å se menneskelig påvirkning

Nå er det lett å se virkningen av det menneskeskapte pådrivet. Vi kan bare fjerne det menneskeskapte bidraget til summen som utgjør den røde kurven. Da får vi den grønne kurven i figuren under.

Denne kurven viser den naturlige temperaturvariasjonen. Sol, vulkaner og El Niño-fasene bidrar til de hurtige variasjonene, mens de langsomme variasjonene skyldes at de store vulkanutbruddene var samlet i tidsperiodene 1880-1920 og 1960-2000 og medførte at disse periodene var kaldere.

Vi ser videre at i perioden 1998-2014 var temperaturen relativt flat, både observert og forklart temperatur. Dette skyldes i hovedsak den kraftige El Niño i 1998, med et lite bidrag fra lavere solaktivitet i perioden.

Hvis vi fjerner El Niño og La Niña-bidraget fra summen, så vil det forklarte signalet ha en jevn temperaturstigning i denne perioden. Klimarealistene har hevdet, og det gjør de visst fortsatt, at utflatingen i denne femten-års perioden er et tegn på at global oppvarming har stoppet.

Min analyse viser at den i hovedsak skyldes El Niño-fasene, og dessuten at denne «pausen» var slutt med El Niño-episoden som startet i 2014. De tre siste årene er de varmeste som har vært observert siden midt på 1800-tallet, da global temperatur ble mulig å estimere fra instrumentelle målinger.