zondag, 28 nov 2021
Wolkenpatronen boven het westelijk halfrond op 8 aug. 2019. (NOAA via AP)

Kunnen we klimaatverandering echt modelleren?

Er gaat bijna geen dag voorbij of we worden bestookt met beweringen van onheil en somberheid over “klimaatverandering“, waarbij sommige bekende politici ons waarschuwen dat onze wereld tegen 2035 (een kleine 14 jaar vanaf nu!) zal ophouden te bestaan zoals wij die nu kennen.

Nog maar enkele weken geleden gaven regeringsvertegenwoordigers “klimaatverandering“de schuld voor de catastrofale overstromingen in New York en New Jersey in de nasleep van de tropische storm Ida, net als een ander lid van de regering dat eerder “klimaatverandering” de schuld gaf voor een ander natuurlijk weerfenomeen. Blijkbaar begrijpt geen van beiden het verschil tussen “weer” (de oorzaak van branden in Californië, orkanen/tropische stormen zoals Ida, tornado’s, enz.) en “klimaat” (schommelingen op langere termijn in temperatuur, neerslag, enz.).

Feit is dat dergelijke “weer” gebeurtenissen (bijv. tornado’s) statistisch gezien niet vaker voorkomen of intenser zijn dan in het verleden. Het is dan ook niet meer dan normaal om te vragen naar de grondslag van deze extravagante beweringen.

Beschikken degenen die deze beweringen maken over een magische kristallen bol waarmee zij de toekomst duidelijker kunnen zien dan de rest van ons, of is het gewoon de blinde die de blinde leidt en zijn sommige blinden mondiger dan anderen? Per slot van rekening zullen paleontologen en aardwetenschappers u vertellen dat het klimaat op aarde sinds mensenheugenis aan verandering onderhevig is geweest en dat het gedurende de ongeveer 2,5 miljoen jaar dat de mensheid bestaat, drastisch en cyclisch is veranderd.

Het gaat hier echter om een subtieler verschijnsel dat verband houdt met veranderingen die door de menselijke soort zelf worden teweeggebracht. De mensheid heeft dat vermogen nog geen 300 jaar (sinds het begin van de industriële revolutie, vanaf het midden van de jaren 1700).

Maar, zal je zeggen, 300 jaar is slechts een “oogwenk” binnen typisch klimatologische (niet het weer) cycli die zich over duizenden, tienduizenden, of zelfs honderdduizenden jaren voordoen. Bijvoorbeeld, 300 jaar van CO2-producerende industrialisatie vertegenwoordigt slechts 0,3 procent van een 100.000 jaar durende ijstijdcyclus.

Om de lezer een idee te geven van de complexiteit van het klimaatprobleem, is het noodzakelijk een aantal basisfeiten waarover wij het allen eens kunnen zijn, nog eens op een rijtje te zetten. De belangrijkste natuurlijke klimaatcyclus zijn de ijstijden (Milankovitch-cycli) die het gevolg zijn van variaties in de excentriciteit van de baan van de aarde om de zon en die zich nu om de 100.000 jaar voordoen. De excentriciteit van de aarde is momenteel het minst elliptisch (het meest cirkelvormig) en neemt heel langzaam af, in een cyclus die ongeveer 100.000 jaar omspant.

De variatie in de excentriciteit van de aardbaan wordt echter beschouwd als een relatief kleine factor die bijdraagt tot klimaatverandering op lange termijn. Er zijn andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden, waaronder de obliquiteit (de hoek waarin de aardas gekanteld is ten opzichte van het baanvlak van de aarde) en de richting waarin de aardas draait (“axiale precessie”).

Sinds ongeveer een miljoen jaar varieert de obliquiteit tussen 22,1 en 24,5 graden loodrecht op het baanvlak van de aarde. Dat is belangrijk omdat het de seizoenen bepaalt en die seizoensgebonden temperatuurschommelingen kunnen groot zijn (bijv. 26.6 graden Celsius in Winnipeg, Manitoba). Momenteel bevindt de hoek (23,4 graden) zich ongeveer halverwege tussen de extremen en neemt heel langzaam af in een cyclus van ongeveer 41.000 jaar.

Naarmate de hoek afneemt, worden de seizoenen milder met steeds warmere winters en koelere zomers. Het is duidelijk dat de hellingshoek in belangrijke mate bijdraagt tot “klimaatverandering”, maar deze is natuurlijk en wordt niet veroorzaakt door menselijke activiteiten.

De aarde wiebelt om haar as als zij draait (“axiale precessie”) ten gevolge van de gravitatie-invloeden van de zon en de maan, waardoor de aarde aan de evenaar bol gaat staan, wat bijvoorbeeld de getijden in de oceanen beïnvloedt. De axiale precessie heeft een cyclus van ongeveer 25.772 jaar. Dit verschijnsel beïnvloedt ook de lange-termijn cycli van het klimaat door seizoen contrasten extremer of minder extreem te maken op tegenovergestelde hemisferen.

Hoewel een discussie over dit onderwerp op zichzelf al fascinerend is, wil ik hiermee aantonen dat het klimaat op aarde een superpositie is van ten minste drie natuurlijke cycli die verband houden met het mechanisme van het zonnestelsel. Omdat deze cycli verschillende fasen hebben, is het mogelijk dat zij constructief of destructief interfereren, wat resulteert in extreme temperaturen die niets met de mens te maken hebben.

Bovenop deze mechanische cycli komt nog de invloed van de biosfeer (zonder de mens) met zijn eigen invloed op het klimaat, waaronder de CO2/O2-cyclus van fotosynthese, waterademhaling, weerkaatsing van zonne-energie, turbulente atmosfeer, oceaanstromingen, variaties in zonnestraling en een groot aantal andere factoren.

Mijn punt is dat het klimaat een buitengewoon complex fysisch-chemisch systeem is, en we moeten ons de vraag stellen: wordt elk van deze verschijnselen getrouw in klimaatmodellen opgenomen, op een deterministische manier en met voldoende details om te kunnen worden beschreven door de relevante constituerende vergelijkingen en natuur wettelijke beperkingen in een vorm die de voorspellingen betrouwbaar maakt (zie hieronder)? Of worden we opnieuw door blinden geleid?

Voor alle duidelijkheid, het is niet mijn bedoeling een oordeel te vellen over een specifiek klimaatmodel, want dat zou een veel diepgaandere analyse vergen dan die welke ik hier presenteer. Ik wil de lezer alleen bewust maken van de strenge voorwaarden waaraan moet worden voldaan bij het modelleren van complexe fysisch-chemische systemen, zoals ons klimaat, waarvan de resultaten van invloed kunnen zijn op de manier waarop toekomstige investeringen van vele miljarden dollars worden gedaan.

Hopelijk zal dit betoog mensen ertoe aanzetten de juiste vragen te stellen alvorens dergelijke uitgaven goed te keuren.

In eerste instantie is het belangrijk voor de lezer om op te merken dat de wetenschap niet vooruitgaat door consensus (universele overeenstemming). Het kan zijn dat als iedereen het ergens over eens is, ze het misschien toch allemaal bij het verkeerde eind hebben. Dit is het geval voor alle revolutionaire veranderingen in de wetenschap (b.v. Einstein’s relativiteitsrevolutie en Planck’s kwantumrevolutie).

Wanneer ik dus voorstanders van klimaatverandering hoor beweren dat 97 procent van de wetenschappers het erover eens is dat klimaatverandering door de mens is veroorzaakt, kan ik niet anders dan terugdenken aan Albert Einstein en andere wetenschappelijke revolutionairen en me afvragen wat zij van die uitspraak zouden hebben gevonden!

Wetenschap is gebaseerd op bewijs op het kleinste detailniveau en niet op “geloof”, dat geen plaats heeft in het wetenschappelijke lexicon. Als ik iemand hoor verkondigen “Ik geloof in klimaatverandering,” huiver ik en wil ik antwoorden: “Wel, bewijs het me dan.”

Er bestaan twee grote filosofieën met betrekking tot voorspellingen: het empirisme, de filosofie dat we alles wat we ooit kunnen weten hebben moeten ervaren; en het determinisme, dat stelt dat we de toekomst kunnen voorspellen op basis van het verleden, op basis van de bekende natuurwetten (“Wetten van de Natuur”). Alle wetenschappers verzamelen dus gegevens die worden omgezet in kennis en die kennis wordt uiteindelijk gebruikt om de Natuurwetten te formuleren die, in tegenstelling tot de Wetten van de Mens, onaantastbaar zijn en onder alle omstandigheden overal in het universum gelden.

Ik definieer “wetenschap” inderdaad graag als het proces van overgang van empirisme (wat we waarnemen) naar determinisme (wat we weten en kunnen voorspellen) bij de formulering van de natuurwetten. De natuurwetten vertegenwoordigen dus de condensatie van alle wetenschappelijke ervaring, zodat wanneer we ons op zo’n wet beroepen, deze kennis bevat die duizenden jaren teruggaat, tot vóór Aristoteles en Archimedes.

Wat de overgang van empirisme naar determinisme in de weg staat, is “complexiteit”. Over complexiteit zijn hele boekdelen volgeschreven en de ruimte in dit artikel laat niet toe het onderwerp hier zelfs maar vluchtig te bespreken.

“Complexiteit” is als rijden op een snelweg in een mistige nacht. De mist belemmert je zicht en je kunt maar een klein stukje van de weg zien. Nu zet je je koplampen aan en zie, je kunt veel verder zien. Je hebt dus een instrument gebruikt (de koplampen van je auto) om verder en duidelijker te kunnen zien.

Zo is het ook in de wetenschap; in feite kan men stellen dat de digitale computer (onze “koplampen”) ons in staat heeft gesteld de wetenschap in de laatste vier decennia meer vooruit te helpen dan de wetenschap in de geschiedenis daarvoor. Met andere woorden, de computer heeft ons intellect enorm uitgebreid en dat is de rol van modellen!

De ontwikkeling van modellen in menselijke intellectuele bezigheden is een zeer complex onderwerp dat veel verder gaat dan dit opiniestuk, maar een uitstekend, enigszins technisch overzicht wordt gegeven door Frigg en Hartmann. Ik zal mij concentreren op deterministische modellen, omdat hun voorspellende krachten zoveel groter zijn dan die van empirische modellen, aangezien “voorspelling” de allerbelangrijkste eigenschap is die klimaatmodellen beweren te bezitten.

Alle deterministische modellen hebben een gemeenschappelijke structuur, hetzij expliciet, hetzij impliciet. Alle deterministische modellen moeten een theoretische basis hebben die op haar beurt gebaseerd is op waarnemingen. Deze waarnemingen kunnen worden gepresenteerd als postulaten of als veronderstellingen, waarbij postulaten rechtstreeks op waarnemingen zijn gebaseerd.

Het is dus belangrijk op te merken dat een theorie niet meer geldig kan zijn dan de postulaten en de veronderstellingen waarop zij gebaseerd is. Ook mogen de postulaten de output van het model niet vooronderstellen; dat wil zeggen dat de postulaten niet als een empirisch feit mogen aanvaarden dat de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde plaatsvindt.

Indien men dus uitgaat van een postulaat dat stelt dat het klimaat verandert en dat de mens verantwoordelijk is voor die verandering, is de kans groot dat het model precies dat zal voorspellen, maar dat de voorspelling ongeldig zal zijn als gevolg van de inbreng van zelfs niet erkende afwijkingen.

De voorspellingsomgeving is ook problematisch, want wat men wil is een betrouwbaar verschil tussen twee grote, fluctuerende getallen: het klimaat zoals wij dat nu kennen (met inbegrip van de menselijke invloed) en het onbekende klimaat dat zou hebben kunnen bestaan als er geen menselijke invloed was geweest. Wij kunnen met allerlei technieken meten hoe het klimaat in de huidige tijd verandert, maar hoe meten wij het klimaat zoals het zonder menselijke invloed over dezelfde periode zou kunnen hebben bestaan? Het korte antwoord is dat we dat niet kunnen!

Jammer genoeg wordt alleen over het eerste vaak in de kranten bericht, waardoor bij niet-deskundigen de indruk wordt gewekt dat het allemaal te wijten is aan de menselijke invloed. Dat is niet zo. De invloed van de mens is meestal slechts van ondergeschikt belang, maar niettemin is het een belangrijke component. De krantenkoppen zouden niet zo dramatisch of angstwekkend zijn als de lezers eraan werden herinnerd dat de menselijke component het verschil is tussen wat we waarnemen en wat we modelleren bij afwezigheid van menselijke invloed en dat is normaal gesproken gering.

Het gaat dus om temperatuurveranderingen ten gevolge van de invloed van de mens van enkele tienden van graden Celsius op een achtergrond die dagelijks tot maandelijks enkele tientallen graden Celsius schommelt (ten gevolge van het weer) en zelfs meer (doorgaans 30 tot 45 graden C) gedurende de seizoenen van het jaar.

Dit betekent niet dat wij de mogelijke ernst van de door de mens veroorzaakte klimaatverandering willen ontkennen, indien deze inderdaad plaatsvindt in het door de doemdenkers beweerde tempo. Dat is de nog onbeantwoorde vraag.

Het lijdt geen twijfel dat het modelleren van klimaatveranderingen zich op het randje van het haalbare bevindt en daarom moet de aard van de gebruikte modellen kritisch worden onderzocht. Een deel van het probleem is namelijk dat de kunst en de wetenschap van het modelleren zelden aan universiteiten worden onderwezen; op de een of andere manier wordt van studenten verwacht dat zij weten hoe zij complexe fysisch-chemische systemen moeten modelleren alsof het om een onderdeel van het menselijk genoom gaat.

De auteur was zo bezorgd over het gebrek aan modelleringsvaardigheden bij afgestudeerde studenten dat hij, toen hij hoogleraar materiaalwetenschappen en -techniek aan de Pennsylvania State University was, een cursus gaf met als titel “Theorieën en modellen in wetenschap en techniek”. Ik kan me niet herinneren dat iemand die zich bezighoudt met klimaatverandering deze cursus heeft gevolgd.

Ik begon dit opiniestuk met de vraag “Kunnen we klimaatverandering echt modelleren?” en ik zal eindigen met een weloverwogen mening. Het antwoord is een genuanceerd “ja”, maar naar mijn bescheiden mening alleen als de modelmakers zich aan bepaalde regels houden. De modelmakers moeten:

  • Zorgvuldig de theoretische grondslagen van het model beschrijven, duidelijk alle postulaten en veronderstellingen vermelden en aantonen dat deze geen vooroordeel ten aanzien van een bepaald resultaat weerspiegelen.
  • Een opsomming en beschrijving van de constitutieve vergelijkingen en beperkingen maken, aantonen dat alle vergelijkingen onafhankelijk zijn en aantonen dat er een voldoende aantal vergelijkingen is om alle onbekenden te dekken.
  • Geen “ad hoc” factoren (in mijn studententijd noemden we dit de “constante van de schurk”) invoeren om het model te laten “werken”.
  • Ervoor zorgen dat alle kalibratiegegevens bekend zijn van onafhankelijke experimenten en dat zij binnen vastgestelde grenzen waarheidsgetrouw zijn.
  • Zorgvuldig definiëren van “succes” en ervoor zorgen dat de wetenschappelijke methode van voorspelling en beoordeling strikt wordt gevolgd, met inbegrip van de verwerping van het model indien slechts één onjuiste voorspelling wordt gedaan die niet kan worden gecorrigeerd door een geldige herbeoordeling van de modelparameters en de inputgegevens.

Ik benadruk dat de hierboven geschetste “regels” van het modelleren zijn vastgesteld door talrijke wetenschapsfilosofen gedurende duizenden jaren van collectief werk en zijn ingebakken in de overgang van empirisme naar determinisme die ik “wetenschap” noem.

Zoals het spreekwoord zegt: “De duivel zit in de details.” De nadruk op de natuurwetten maakt dat deze regels in overeenstemming zijn met eerdere wetenschappelijke ervaringen en moeten worden erkend bij elke poging om complexe fysisch-chemische systemen op deterministische wijze te modelleren, met inbegrip van (en vooral) het klimaat op aarde.

Als je ze negeert, doe je dat op eigen risico (en dat van ons).

De standpunten in dit artikel zijn de mening van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de standpunten van The Epoch Times.

Digby D. Macdonald is afkomstig uit Nieuw-Zeeland, genaturaliseerd tot Amerikaans staatsburger, en is professor in residentie (semi-gepensioneerd) in de vakgroepen nucleaire technologie en materiaalwetenschappen en -techniek aan de universiteit van Californië in Berkeley. Hij behaalde zijn B.Sc. en M.Sc. aan de Universiteit van Auckland en zijn Ph.D. aan de Universiteit van Calgary (1969), alle in scheikunde. Prof. Macdonald heeft meer dan 1.100 artikelen gepubliceerd in door vakgenoten beoordeelde tijdschriften en conferentieverslagen en heeft vier boeken gepubliceerd.  Hij is Fellow van de Royal Society of Canada, de Royal Society of New Zealand (de “Nationale Academies” van deze landen) en is lid van de EU-academie van wetenschappen. Hij geniet een H-index van 79 en zijn papers zijn meer dan 27.846 keer geciteerd.

Origineel gepubliceerd op The Epoch Times (25 september 2021): https://www.theepochtimes.com/can-we-really-model-climate-change_4016309.html

 

Hoe u ons kunt helpen om u op de hoogte te blijven houden

Epoch Times is een onafhankelijke nieuwsorganisatie die niet beïnvloed wordt door een regering, bedrijf of politieke partij. Vanaf de oprichting is Epoch Times geconfronteerd met pogingen om de waarheid te onderdrukken – vooral door de Chinese Communistische Partij. Maar we zullen niet buigen. De Nederlandstalige editie van Epoch Times biedt op dit moment geen betalende abonnementen aan en aanvaardt op dit moment geen donaties. U kan echter wel bijdragen aan de verdere groei van onze publicatie door onze artikelen te liken en te her-posten op sociale media en door uw familie, vrienden en collega’s over Epoch Times te vertellen. Deze dingen zijn echt waardevol voor ons.