Deel 3b – 2 – ENSO schommelingen

Deel 3b-2 – ENSO schommelingen

Inleiding

In deze losse notitie gaan we proberen om wat van de schommelingen van El Nino en La Nina te verwijderen. Door toedoen van deze ENSO schommelingen is de R kwadraat vrij laag voor de samenhang tussen de temperatuur anomalie en het CO2-gehalte. Ook zien we geen verschil voor de onderzochte periode tussen een lineair verband en het logaritmisch verband zoals dat door de theorie wordt voorgeschreven. Dat is best wel een beetje frustrerend want voor de voorspellingen van de tempo van de opwarming van de Aarde maakt het wel degelijk een verschil. Op zich is het vreemd want het plaatje in deel 3a die de beide tijdreeksen weer geeft doet vermoeden dat het verband wel degelijk logaritmisch behoort te zijn. De reeks van de temperatuur anomalie stijgt lineair en de reeks van het CO2-gehalte exponentieel. Het idee achter deze losse notitie is dat als je de ENSO schommelingen uit de tijdreeksen zou kunnen halen voor zowel de temperatuur anomalie als wel het CO2-gehalte het mogelijk moet zijn om niet alleen de R kwadraat een stuk hoger te krijgen maar nu wel degelijk het verschil kunt zien tussen de beide soorten verbanden. Om dit te kunnen doen hebben we een voorspeller nodig voor de ENSO conditie. Een zo’n voorspeller is ONI. We zullen kijken of en in hoe verre we komen met onze poging.

Onderzoeksvraag

Is het mogelijk om de aard van het verband tussen temperatuur anomalie en CO2-gehalte vast te stellen. De theorie schrijft een logaritmisch verband voor maar een lineair verband voldoet net zo goed. Wat moet je hier nu mee aan vangen? Krijg je een beter resultaat als je storende invloeden zoals de schommelingen van El Nino en La Nina uit de tijdreeksen kunt verwijderen? Er is maar 1 manier om hier achter te komen en dat is het uit te proberen.

Onderzoeksmethode

Om de invloeden van ENSO uit de reeks te verwijderen dienen we de tijdreeksen van de temperatuur anomalie eerst te de-trenden. Dit wil zeggen dat we de trend van de opwarming verwijderen. Dit blijkt uit beide figuren. Wat rest zijn de residuen en hier heeft ENSO invloed op in de vorm van uitschieters naar boven in de vorm van El Nino’s maar ook naar beneden in de vorm van La Nina’s. De trend van de opwarming wordt beslist niet veroorzaakt door ENSO. Dit verschijnsel bestond al lang voor het begin van de industriële revolutie. De opwarming van de Aarde wordt beslist bepaald door het stijgend gehalte van CO2. En dit wordt duidelijk veroorzaakt door de  gestegen CO2-emissies door het als maar toenemende verbruik van fossiele brandstoffen als bruinkool,  steenkool, aardolieproducten en aardgas. Dat is in deel 3 al uitvoerend aan de orde gekomen. Daar hoeven we hier niet op terug te komen.

Figuur 1 – Temperatuur anomalie en ENSO condities

Figuur 2 – ONI – een veel gebruikte ENSO index

Het is een duidelijk beeld. De verschijnselen van El Nino en La Nina hangen duidelijk samen met de ONI index. Maar deze index heeft geen stijgende trend die de opwarming van de Aarde kan verklaren. Daar zijn andere oorzaken voor nodig. Met dit uitgangspunt gaan we verder aan de slag. Maar gebruiken we hier voor de globale tijdreeks of die van het zuidelijk halfrond? De globale tijdreeks is voor de helft bepaald door die van het noordelijk halfrond en we weten al sinds deel 1 dat hier ook sprake is van dimming en brightening. Dit geldt voor het noordelijk halfrond maar niet voor het zuidelijk halfrond blijkt uit deel 1a. Het is op voorhand niet duidelijk dus laten we beide tijdreeksen meenemen in het onderzoek. Dit geeft het volgende resultaat;

Tabel I – Globaal en ZH TA tijdreeksen

Het is de aanwezigheid van het patroon in de residuen dat een probleem kan opleveren voor de globale tijdreeks voor temperatuur anomalie(TA). Dit patroon hoort er niet te zijn. Voor de rest is er weinig verschil tussen de globale tijdreeks en die voor het zuidelijk halfrond(ZH). Over de onderzochte periode van 75 jaar is er een trendmatig verschil tussen beide tijdreeksen van ongeveer 0,2°C.

Het verband tussen CO2 en temperatuur anomalie

Er zijn twee manieren om het verband weer te geven. Gewoon een simpel lineair verband TA=a*CO2+b en een logaritmisch verband zoals voorgeschreven door de theorie volgens de volgende formule namelijk TA=a*ln(CO2/275) + b. Hierbij is 275 het CO2-gehalte van het pre-industrieel niveau. Ln is de natuurlijke logaritme met als basis getal e het exponentiële teken. Dit omdat het CO2-gehalte exponentieel toeneemt en de temperatuur althans op het zuidelijk halfrond lineair. Althans zo laat zich dat aanzien in de plaatjes van deel 3a. De schattingen voor a en b worden verkregen door een simpele regressie analyse van de tijdreeksen voor TA en CO2-gehalte. Uit eerder onderzoek blijkt dat er geen verschil werd gevonden tussen beide soorten verband qua de  R kwadraat.

Dit is een beetje vreemd. Je zou verwachten dat het theoretisch aanbevolen verband beter uit de verf komt. Maar dit is niet zo. Waar kan dit aan liggen? Het kan er aan liggen dat ook voor het zuidelijk halfrond nog steeds storende invloeden zijn die een goed zicht op het juiste verband tussen beide grootheden belemmerd. Deze storende invloed zou het optreden kunnen zijn van de opeenvolging van El Nino ’s en La Nina’s. Zou het resultaat beter zijn, dat wil zeggen meer in overeenkomst met de theorie, als je de schommelingen veroorzaakt door ENSO uit de tijdreeksen zou kunnen verwijderen?

Hoe raken we ENSO kwijt

Om dit te kunnen doen hebben we een ENSO index nodig. Iets wat aangeeft hoe de ENSO conditie er uit ziet. ONI is zo’n index. Positieve waarden geven El Nino condities aan. Negatieve waarden geven La Nina condities aan en waarden rond de nul geven neutrale condities aan. Laten we de residuen van de temperatuur anomalieën van het zuidelijk halfrond  eens gaan correleren met de ONI index en kijken wat hier uitkomt. We hebben cijfers van 1950 tot heden heden beschikbaar. Ze zijn gedownload van de NOAA website en bestaan uit maandelijkse waarden voor de index. Zet de data in een spreadsheet. Voeg er de tijdreeks TA ZH aan toe. Maak hiervoor de trend en residuen voor 1950 tot heden van. Correleer de residuen met alle twaalf maanden van het jaar van de ENSO-ONI en kijk wat er uitkomt. Wat ik zoek is een goede voorspeller voor El Nino en La Nina condities. Er is maar een manier om dit ook te vinden . Aan de slag er mee en kijken waar het schip strand. Dat is het leuke aan onderzoek. Je weet van te voren nooit wat er uitkomt. Als je dit wel wist kun je het net zo goed achterwege laten.

De resultaten van de correlatie

De R kwadraten zijn voor alle maanden aan de lage kant(minder dan 0,250). Dat valt heel erg tegen. Het is niet anders. Het beste resultaat (de hoogste R kwadraat) is er voor de ONI cijfers voor de maand maart. Dan gaan we hier mee aan de slag. We gaan nu aan de hand van de regressie vergelijking voor de maand maart de afwijkingen  ten opzichte van de trend bepalen. Hiermee proberen we de TA ZH zoals gemeten te corrigeren. Daarna gaan we de gecorrigeerde TA analyseren en kijken of ons dit verder helpt. De resultaten vallen heel erg tegen. Jammer. Mijn pogingen om El Nino en La Nina uit de residuen en daarmee uit de tijdreeks van de TA te verwijderen hebben niet veel opgeleverd. Het heeft weinig zin om hier mee door te gaan. Daar voor is de methode te bewerkelijk en het resultaat te gering. Het is immers niet voldoende om alleen de tijdreeks voor de TA te corrigeren. De correctie is ook nodig voor de tijdreeks van het CO2-gehalte. Ook hier is een storing door ENSO schommelingen aanwezig;

Figuur 3 – CO2-emissie, uitval en toename en ENSO

De CO2-emissie per jaar is min of meer een rechte lijn maar de manier waarop de emissie wordt omgezet in toename laat een sterke schommeling zien die een samenhang laat zien met ENSO. Ook hier zul je dus moeten corrigeren. Ook dit is heel bewerkelijk en wat levert het op? Waarom zo veel werk verricht? Laten we ons eerst met deze vraag bezighouden.

De reden om te proberen ENSO te verwijderen

Uitgangspunt van dit onderzoek is dat met de schommelingen veroorzaakt door ENSO op de TA en CO2-gehalte je geen verschil kunt zien over de onderzochte periode tussen een simpel lineair verband en het door de theorie voor geschreven logaritmisch verband. En zoals al opgemerkt is dit vreemd. De onderzochte periode strekt zich uit over een periode van 75 jaar. Het lijkt niet te liggen aan een te korte tijdspanne. De gemiddelde temperatuur van de Aarde steeg trendmatig met 0,959°C. Het CO2-gehalte steeg van circa 315 tot 415 ppm. Dit is een stijging van 32%. Er is ruim voldoende variatie in beide tijdreeksen. Dus zou je een verschil verwachten. Vandaar dat het de moeite loont om te proberen om iets van de ENSO schommelingen kwijt te raken op een wat andere en eenvoudige manier.

Een andere manier

Een andere en simpele manier om iets van de uitschieters van El Nino en La Nina kwijt te raken is de methode van het voortschrijdende gemiddelde. In een periode van 75 jaar waren er 15 El Nino en 12 La Nina’s. Dus een voortschrijdend gemiddelde van 5 jaar zou genoeg moeten zijn om de data een stuk minder verstoord te krijgen door ENSO uitschieters. Deze methode pas je zowel toe op de tijdreeks van de temperatuur anomalie als wel die van het CO2-gehalte. Dan krijg je de volgende resultaten;

Tabel – II – Voor ENSO gecorrigeerde resultaten

Door de correcties zijn de uitschieters minder storend geworden en dit vertaalt zich eigenlijk alleen in de R kwadraten. Die zijn aanzienlijk hoger uitgevallen dan voor de ongecorrigeerde tijdreeksen. Maar de regressie vergelijkingen zijn niet of nauwelijks veranderd. Ze zijn nagenoeg gelijk gebleven. Met andere woorden we zijn geen stap verder gekomen. Het simpele lineaire verband blijft evengoed voldoen als het door de theorie voorgeschreven logaritmisch verband. Wat wel interessant is dat de regressie voor het CO2-gehalte lineair of logaritmisch naar de temperatuur anomalie niets beter voldoet dan een regressie analyse naar de tijd. De laatste is een poging om de opwarming van de Aarde te verklaren door ieder (on)denkbare mogelijke verklaring door de factor tijd mee te nemen onder het motto dat iets zal wel de oorzaak zijn. Laat de oorzaken zich zelf verklaren door alles wat maar kan veranderen en dat is over een periode van 75 jaar bijna alles behalve de onderliggende wetmatigheden van de natuurkunde die de werkelijke oorzaak is van opwarming van de Aarde. Dat alleen de stijging van het CO2-gehalte voldoet en verder niets er toe doet lijkt een onvermijdelijke interpretatie van de uitkomst van deze analyse. Maar waarom doet het verband er niet toe? Met deze vraag begonnen we en met de vraag gaan we deze losse notitie afsluiten.

Conclusie

Hoewel het door de plaatjes van deel 3a voor de hand ligt dat het verband tussen het CO2-gehalte en de temperatuur anomalie logaritmisch is, blijkt dit niet uit de analyse. Een simpel lineair verband tussen beide grootheden voldoet net zo goed. Een regressie over de tijd die geen enkele uitspraak doet over de specifieke oorzaak van de opwarming van de Aarde voldoet evengoed. Waar heb je nog een theorie voor nodig als uit niets blijkt dat de theorie de zaken beter verklaart dan de afwezigheid ervan? Men kon voor aanvang van dit onderzoek nog het idee hebben dat dit kwam door dat er nogal wat storende invloeden zijn die een goed zicht op de beide grootheden vertroebelde. Voor het noordelijk halfrond heeft men te maken met verschijnselen als dimming veroorzaakt door luchtvervuiling en brightening door het tegen gaan van deze luchtvervuiling. Maar dit geldt niet voor het zuidelijk halfrond zoals deel 1a duidelijk heeft gemaakt. Maar voor het zuidelijk halfrond blijkt ook geen verschil tussen de drie regressie analyses. Men kon voor aanvang van dit onderzoek aannemen dat de uitschieters van El Nino en La Nina er de oorzaak van zijn dat je geen verschil vindt. Maar dit onderzoek laat zien dat als je de uitschieters minder storend maakt door de methode van het voortschrijdend gemiddelde de R kwadraat wel is waar flink omhoog schiet maar uit tabel II blijkt dat dit voor alle drie regressie analyses het geval te zijn. Met andere woorden de aanwezigheid van El Nino’s en la Nina’s is niet de oorzaak van het feit dat alle drie regressies net zo goed voldoen en dat men in feite zelf mag bepalen wat het beste de oorzaak weergeeft van de opwarming. De regressie over de tijd geeft geen enkele aanwijzing waarom de Aarde opwarmt anders dan dat weergeeft dat de Aarde opwarmt. Beide andere regressies gaan er van uit dat het in essentie de stijging van het CO2-gehalte is dat verantwoordelijk is voor de opwarming. Andere oorzaken zijn niet aan de orde. Er valt immers niets meer te verklaren nadat je CO2 aangewezen hebt. Maar waarom maakt het geen verschil hoe je het verband weergeeft? Waarom is het door de theorie voor geschreven verband niets beter dan een simpele lineair verband. Ik weet het niet. Maar het is zo. En daar moeten we ons voorlopig bij neerleggen.

Literatuurlijst

Wikipedia – ENSO

Wikipedia – La Nina

Wikipedia – Voortschrijdend gemiddelde

NOAA – ENSO-ONI

Overzicht van de nieuwe serie artikelen