Rätsel endlich gelöst?

1. April 2012 von Stefan Rahmstorf in Klimadaten

Eine Gruppe von Kollegen hat eines der größten verbleibenden Rätsel der Klimaforschung offenbar so gut wie gelöst. Doch es handelt sich nicht um die Geschichte eines wissenschaftlichen Triumphes. Ganz im Gegenteil – wir haben im Kollegenkreis sogar kontrovers diskutiert, ob man damit überhaupt an eine breite Öffentlichkeit gehen sollte.

Das Rätsel ist unter Klimatologen als “wrong sign paradox” bekannt  – also das Paradoxon des falschen Vorzeichens.  Dem einen oder anderen unserer Leser ist es vermutlich schon begegnet. Kurz gesagt geht es um die Tatsache, dass eine Reihe von Dingen in der Klimaforschung sehr gut zusammen passen würde, wenn nur das Vorzeichen nicht wäre. Wenn nur ein Plus ein Minus wäre.

Das vielleicht bekannteste Beispiel ist, dass wir die globale Erwärmung schön mit Schwankungen der Sonnenaktivität erklären könnten: das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen (2010) trifft gerade mit dem tiefsten Sonnenminimum seit Beginn der Satellitenmessungen der Leuchtkraft der Sonne in den 1970ern zusammen (Abb. 1). Das kann nicht einfach Zufall sein. Aber das Vorzeichen ist falsch: die Physik besteht darauf, dass die Temperaturen am wärmsten sein sollten, wenn die Sonne am hellsten strahlt, und nicht umgekehrt. Das Paradoxon des falschen Vorzeichens wird hier noch dadurch unterstrichen, dass die Sonnenleuchtkraft einen leichten Abwärtstrend über die letzten 30 Jahre zeigt – also just über den Zeitraum, in dem wir die bekannte starke globale Erwärmung erlebt haben.

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Abb. 1: Globale Temperatur (blau, NASA-Daten) und von Satelliten gemessene Leuchtkraft der Sonne (orange), beides als gleitende Mittel über 12 Monate.

Ein zweites prominentes Beispiel ist die Pazifische dekadische Oszillation (PDO), eine Schwankung der Meerestemperaturen im Nordpazifik.  Elementare physikalische Gesichtspunkte lassen uns erwarten, dass die globale Mitteltemperatur besonders warm ist, wenn der PDO-Index hoch ist, d.h. wenn die Oberflächentemperaturen im Nordpazifik warm sind. Diese Theorie würde auch wunderbar zu den Messdaten passen – wenn nur das Vorzeichen umgekehrt wäre (Abb. 2)!

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Abb. 2: Gobale Temperatur (wie oben) und PDO-Index, mit linearen Trends ab 1900 und über die letzten 30 Jahre.

Zur Abrundung noch ein drittes Beispiel (es gibt mehr – unsere Leser können sicher weitere beitragen): kosmische Strahlung. Eine sehr schöne Theorie geht davon aus, dass kosmische Strahlung bei der Wolkenbildung hilft: je mehr kosmische Strahlung, desto mehr Wolken und desto kühlere Temperaturen. Die kosmische Strahlung wird schon seit den 1950ern kontinuierlich gemessen. Und jetzt kommt’s: die höchsten gemessenen Werte fallen ausgerechnet auf das Jahr 2010, das wärmste Jahr (Abb. 3)! Aber auch hier stimmt das Vorzeichen wieder nicht, weil ja starke kosmische Strahlung besonders kalte Temperaturen bringen sollte, nicht besonders warme.

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Abb. 3: Kosmische Strahlung, wie sie an zwei Orten der Erde gemessen wird.

Auch der Laie ahnt, welche Überzeugungskraft diese (auch so schon beliebten) Theorien erst entfalten würden, wenn die Messdaten nur das genaue Gegenteil dessen zeigen würden, was sie tatsächlich zeigen! Wenn also das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichungen auf das größte Sonnenmaximum seit Messbeginn gefallen wäre statt auf das tiefste Sonnenminimum,  oder wenn die PDO über die letzten 30 Jahre einen Aufwärtstrend zeigen würde statt einen Abwärtstrend. Aber nun ist offenbar eine Lösung in Sicht.

Des Rätsels Lösung?

Eine Gruppe holländischer und US-amerikansicher Forscher,  unter der Leitung von Harry Van den Budenmeyer (Universität Utrecht), hat jedenfalls gerade eine überraschende Erklärung vorgeschlagen. „Erst wollte ich es selbst nicht glauben,“ sagte Van den Budenmeyer der KlimaLounge. „Aber als wir der Sache weiter nachgingen, passten immer mehr Puzzleteile zusammen.“

Die Geschichte nahm in den späten 1980ern oder frühen 1990ern ihren Anfang (das exakte Datum hat sich noch nicht feststellen lassen). Ein deutscher Klimaforscher hatte anhaltende Probleme mit Zahlenwerten in seinem Klimamodell, die offensichtlich das falsche Vorzeichen hatten. Er konnte den Fehler nicht finden, daher führte er eine FORTRAN Integer-Variable mit Namen ISCHUMMEL in das Modell ein. (Sorry wenn das technisch klingt, aber es ist wichtig, dies zu verstehen.) Er gab ihr den Wert -1 und multiplizierte die widerspenstigen Ergebnisse mit ISCHUMMEL, wo immer sie in seinem Computercode auftauchten. Sobald er das echte Problem gefunden haben würde, bräuchte er nur ISCHUMMEL auf +1 zu setzen und alles wäre wieder in Ordnung. Aber dazu kam es nie – das Modell funktionierte bestens mit der Behelfsmaßnahme, und er vergaß die Sache.

Was er nicht in Betracht zog (und damals vielleicht auch nicht ahnen konnte):  nützlicher Computercode verbreitet sic hunter Forschern wie ein Virus. Der Code war frei herunterladbar, und Hunderte anderer Wissenschaftler bedienten sich und nutzten ihn – oder auch nur Bruchstücke davon. Niemand schreibt noch von der Pike auf neuen wissenschaftlichen Code, wenn Kollegen schon Komponenten der gerade aktuellen Aufgabe gelöst haben und der Code frei verfügbar ist.

“Erst standen wir vor einem Rätsel, als wir ein Stück Code mit ISCHUMMEL fanden, das in unserem Labor für Klimaanalysen benutzt wurde,” sagt Van den Budenmeyer. „Aber dann haben wir systematisch nachgeforscht und Kollegen gefragt, und inzwischen haben wir den ISCHUMMEL-Fehler nicht nur in mehreren europäischen Ländern, sondern auch in Kalifornien, New York, Sydney und sogar einem chinesischen Klimazentrum gefunden. Wir stehen noch ganz am Anfang davon, die Konsequenzen zu analysieren, aber wir sind jetzt schon sicher: vieles von dem, was als ‚wrong sign paradox‘ bekannt war, wird sich einfach in Luft auflösen.“  

Wir werden Sie natürlich hier bei der KlimaLounge auf dem Laufenden halten.

p.s. Und ja: dies ist ein Aprilscherz.

p.p.s. In eigener Sache: unser Buch "Der Klimawandel" (Rahmstorf und Schellnhuber, Reihe Beck Wissen) ist jetzt in völlig überarbeiteter 7. Auflage erhältlich.

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20 Kommentare zu “Rätsel endlich gelöst?”

  1. Lars Fischer Antworten | Permalink

    Und ich dachte immer...

    ...iSchummel wäre die neueste Apple-Innovation für Schüler und Studenten...

  2. Ralph A. Antworten | Permalink

    Knabberzeug

    Was Viele nicht wissen ist, dass ein gewisser Steve J. eines schönen morgens in den frühen 70ern mit einem Experimentalkasten bei Prof. John D.Oe auftauchte. Dieser Kasten war ein Vorläufer jener Personalrechner, die später einmal die wissenschaftlichen Erkenntnisprozesse ungemein beschleunigen sollten.

    Während Prof. John D.Oe den Erläuterungen zu dem schönen neuen Experimentalkasten zuhören musste, fragte er sich (warum muss der Kerl pausenlos Äpfel fressen?), ob er Steve nicht 'mal von seinem Vorzeichenproblem erzählen sollte. Schließlich würde Alles ja soo gut passen, wenn nicht dieses blöde Minus dauernd auftauchen würde.

    Well, da Steve auch von dieser Sache keine Ahnung (aber ein gutes Händchen für Marketing) hatte, gab er Prof. John D.Oe einen (wie sich herausstellen sollte) guten Rat. Mach doch einfach eine universelle Variable mit Vorzeichenwechsel. Das machen Viele so. O.K., aber das ist ja geschummelt. Nun, sagen wir: angepasst, während Steve seinen Apfelrest auf dem Experimentalkasten platzierte. Nenn' das Ding einfach Schummel. Das merkt keine Sau. Und um dem Ganzen noch eine persönliche Note zu geben ergänzte er: Nenn' es ISchummel. (Ein Kniff, dessen er sich Jahre später nochmal erinnern sollte).

    Gegen Mittag verließ Steve (hungrig) einen glücklichen John D.Oe, dessen Algorithmen die Fachwelt nachhaltig beeinflussen sollten. Wie zufällig fiel sein Blick beim Verlassen des Raumes auf den Apfelrest auf seinem Experimentalkasten. Ein Bild, das sich ihm einprägte.

    ps: Da haben die Jungs von Herzland wohl einiges zu knabbern.

  3. Michael Khan Antworten | Permalink

    Kenn' ich.

    Der Fudge Factor.

    In diesem Fall hat er den Wert -1. Normalerwiese ist er kleiner, aber nicht immer. Ich rate Dr. van den Budenmeyer dazu, statt einer INTEGER- eine REAL-Variable zu wählen und dieser Werte um -1 zuzuweisen. Jede Wette, dass er dann noch eine bessere Anpassung der Ergebnisse an die Erwartungen erreicht. ie Ersetzung dürfte schnell und einfach per Search and Replace gehen.

    Mir ging neulich einer auf die Nerven, weil ich bei einer Vorausberechnung einer Satellitenbahn auf ein etwas anderes Endergebnis kam als er.

    War auch zu erwarten: Unterschiedliche Software, unterschiedliche Modellierung der Störeffekte, unterschiedliche Betriebssysteme, unterschiedliche Rechnerhardware, unterschiedliche Compiler. Egal, der Kollege ruft immer und immer wieder wegen der Enddiskrepanz an.

    Am Ende platzt mir die Hutschnur und ich führe eine zusätzliche Störkraft unbekannter Herkunft ein, deren Wert, hier um die 10^-16 m/s^2, also vollkommen bedeutungslos, ich so lange variiere, bis die Enddiskrepanz geringer ist als die ausgegebenen Nachkommastellen.

    Problem solved.

    Die Sache mit der kosmischen Strahlung habe ich nicht verstanden. Ist die galaktische kosmische Strahlung gemeint? Die müsste sich doch umgekehrt proportional zur Sonnenaktivität verhalten, weil die solar Korpuskularstrahlung (Sonnenwind) zumindest einen Teil des Spektrums der GCR aufhält.

  4. facepalm Antworten | Permalink

    Sehr guter Skepsis-Test

    Bin mal gespannt, wieviele Pseudo-Skeptiker diesen Test bestehen... :-D

  5. Robert Kühn Antworten | Permalink

    Reingefallen

    Da kündige ich den Kollegen von unserem Energiestammtisch an, dass wir unser Klimaänderungsgeplauder demnächst aufgrund aktueller Daten ("der neue Rahmstorf ist da") neu auflegen müssen. Und dann das: 1.4.! Verdammt!

    Aber der Rest ist echt kompetent und witzig, allerdings wundert es mich doch, dass unsere bekannten "Klimaskeptiker" das "Wrong Sign Paradox" noch nicht entdeckt hatten, es wird aber unter Garantie zukünftig in entsprechenden Blogs verwendet werden.

  6. Andreas Antworten | Permalink

    Ergänzendes

    Es gibt ein weiteres ungelöstes Paradoxon:

    Der Konsens unter Klimaforschern ist natürlich nur eine Erfindung, aber warum liest man dann in Skeptikerblogs immer wieder Text von denselben 10-20 Personen, von denen mit etwas gutem Willen vielleicht gerade 3 als Klimaforscher bezeichnet werden können?

    Auch hier sollten die Begriffe Klimaforscher/Laie mit ISCHUMMEL multipliziert werden.

    Zur kosmischen Strahlung:
    Der hier vorgebrachte Verweis auf das Jahr 2010 ist natürlich übelstes cherry-picking. Wie es richtig geht, zeigen Vahrenholt und Lüning in ihrem Blog:
    http://www.kaltesonne.de/?p=2294

    Die Autoren verzichten dabei auf ISCHUMMEL und führen eine neuartige Methode zur Trendberechnung ein, die intuitiv verständlich ist, man lese:

    "Korrekt wäre es nämlich gewesen, einfach die Minima in der Neutronen-Kurve von 1970-1992 zu verbinden. Das entspricht den Sonnenaktivitätsmaxima der Zyklen 20-22. Kalte-Sonne-Co-Autor Lüning hat die Kurve mal spaßeshalber seinem 9-jährigen Sohn gegeben – der den Trend sofort ohne Probleme gefunden hat.

    So findet man passende Trends, Herr Rahmstorf, ist doch kinderleicht!!

  7. beka Antworten | Permalink

    ISCHUMMEL - Wirkung auf Messdaten?

    Sehe ich es richtig, daß es sich bei dem erwähnten "Fehler" um einen vermuteten PROGRAMMIERfehler (trivialen Flüchtigkeitsfehler) handelt- nicht um einen Fehler im zugrundeliegenden physikalischem Modell? Nach Auffinden des Programmierfehlers hätte man die ISCHUMMEL-Variable wieder entfernen können.
    Trotzdem so ganz habe ich die Ausführungen noch nicht verstanden:
    -Was für "widerspenstige Ergebnisse" lieferte denn das erwähnte Klimamodell, die mit -1 multipliziert wurden? Dachte man hierbei lediglich an die Aufbereitung von Meßreihen?
    - Die Diagramme, die Sie in Ihrem Blog zeigen, sind (eventuell aufbereitete) Meßreihen. Ich glaube doch nicht, daß die Aufbereitungen mit solch einem verseuchten Programm durchgeführt worden sind- mit dem Ergebnis, daß z. B. die gezeigten Trends des PDO-Indexes umgedreht worden sind- das wäre absurd.
    - Wenn also die gezeigten Messungen korrekt durchgeführt worden sind (wovon auszugehen ist), dann zeigen diese eben weiterhin das Paradoxon des falschen Vorzeichens, unabhängig davon, was die Klimamodelle (mit oder ohne ISCHUMMEL) daraus für Folgerungen zienen. Also bleibt das Vorzeichen-Paradoxon bestehen, auch wenn man ISCHUMMEL aus den Programmen entfernt.

  8. beka Antworten | Permalink

    Ergänzung

    Die Widersprüche lösen sich auf, wenn man bedenkt, daß heute der 1. April ist.

  9. U. Langer Antworten | Permalink

    Ich habe mich schon immer gewundert, warum die Zeitskalen bei den Eisbohrkernen verkehrt herum sind:
    http://en.wikipedia.org/...e:Vostok_Petit_data.svg
    Das ist der Vorzeichenfehler! Das heißt dann ja auch, dass die Beobachtung "erst steigt die Temperatur, dann das CO2" aus diesen Eisbohrkernen auch nur durch ISCHUMMEL verkehrt herum ist!
    Alle Klarheiten beseitigt!

  10. Christian Antworten | Permalink

    April, April

    Der war nicht schlecht, Herr Rahmstorf. :)

    Das ist ja schon so übel, dass es wieder lustig ist. Sowas sieht man doch nur auf Blogs von Watts, Spencer and Co.

    Ein Hochgenuss, danke

  11. K.H. Antworten | Permalink

    War schon lange bekannt...

    Das sogenannte "ISCHUMMEL-Gate" ist unter Informatikern ein seit langem bekanntes offenes Geheimnis.
    Die auch unter dem Begriff Logik-Absorptions-Transformation bekannte Multiplikation mit dem Faktor -1 findet sich allerdings nicht nur in Software zur Berechnung von Klima-Modellen. Erst vor wenigen Tagen konnte ich denselben Fehler in einem bekannten Programm zum Online-Banking identifizieren, das ich verwende. Damit war endlich klar, warum an Ende des Monats mein Kontostand regelmäßig niedriger ist als am Monatsanfang, obwohl ich doch den ganzen Monat gearbeitet habe, der Kontostand also eigentlich höher sein müsste.
    Weitgehend unbeachtet von der Öffentlichkeit spielte die ISCHUMMEL-Variable auch bei der Berechnung der Wahlergebnisse der vergangenen 20 Jahre oft eine beklagenswerte Rolle. Nur mit ihr lässt sich beispielsweise der Zusammenhang zwischen politischem (Nicht-)Handeln und Wahlerfolg einiger Parteien sonnvoll erklären.

  12. andi Antworten | Permalink

    puh

    durchgelesen, verwundert, verwirrt und vielleicht auch verstört, der artikel hätte mich fast gehabt! zum glück noch das datum gesehen

  13. Lotar Krahmer Antworten | Permalink

    Man möchte es kaum glauben...

    dass so eine programmiertechnische Altlast ausgerechnet am ersten April auffliegt...
    ;)

  14. Christoffer Bugge Harder Antworten | Permalink

    Vorsichtig........

    Sehr geehrter Prof. Rahmstorf,

    jemand hat mit in einer Debatte diese Parodie von Tim Lambert als ernstes Argument gegen die Hockeyschlägerkurve gezeigt:

    http://www.cse.unsw.edu.au/~lambert/parody/tcs/

    - sicherlich, im Internetalter kann man ganz einfach nie was behaupten, das so blödsinnig ist, dass keiner irgendwo es glauben wird. So wie der "Report from Iron Mountain" vielen Leuten auch zu schön war, um NICHT Wahr zu sein.

    Also, werden Sie uns versprechen, nach kommenden Artikeln zu schauen, die Ihren kleinen Scherz als bahnbrechende Entlarvung des inneren Kreises der Verschworenen der heimlichen Klima-Brüderschaft? ;) Viele Grüsse, und Hochachtung für Ihre Arbeit. Christoffer

  15. Bell Antworten | Permalink

    Klimatologie verwendet falsche Metrik

    Jeder kann mit einfacher Schulmathematik nachrechnen, was die Klimatologie behauptet. Und dies führt natürlich zu einem Problem bezüglich der Glaubwürdigkeit dieser Wissenschaft, denn meist kriegt ein Klimaskeptiker ja raus, da mal wieder falsch gerechnet wurde.

    Dies führt dann natürlich dazu, dass man den Klimatologen nicht mal mehr die Aprilscherze abnimmt.

    Schauen Sie sich dagegen mal den Martin Bäker auf ScienceBlogs.de an, der etwas viel Verrückteres noch zum 1. April hin auftischte. Dass der Rösler mit seinen schwarzen Mini-Löchern nämlich doch recht hatte.

    Obwohl offensichtlich viel verrückter, hielte kein Klimaskepriker solches für ausgeschlossen. Warum?

    Weil dort statt mit normaler Schulmathematik mit der
    Spine-Birotulip-Tirer-Weißschwert-Metrik
    gerechnet wurde, die ja selbst Experten kaum kennen ... geschweige denn etwa ein Klimaskeptiker.

  16. Hein Schlau Antworten | Permalink

    In die Kategorie Aprilscherz fällt

    wohl auch die Phoenix-Sendung 'Im Dialog' vom 20.4.2012, wo Vahrenholt ganz ungeniert und ohne fachlichen Widerspruch Werbung für seine kruden Thesen machen darf.

    Rahmstorf, übernehmen Sie!

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