La pausa nelle temperature. Sì, ma da quando? E il cherry picking?

“Most of the recent research tends to agree with natural variability beeing the most probable cause of the last 15-year hiatus in surface temperature as MDV is currently on a negative phase” (Macias et al., 2014, PloseOne, Vol 9, issue 9, e107222) [MDV= Multi Decadal Variability]. 
Nell’articolo, di settembre 2014, da cui è tratta questa frase, la pausa delle temperature ha una durata di 15 anni ma abitualmente si leggono “accreditamenti” di 17, 18 anni, addirittura di 18 anni e 1 mese sul sito di Joanne Nova da cui è tratta la successiva Fig.1.

Guardando un qualsiasi grafico delle temperature globali medie mensili, ognuno è in grado di affermare con sicurezza che “da un certo momento” in poi le temperature, che crescevano dal 1970 al tasso di (0.17±0.01)°;C/decade (dai dati NOAA, v. ad es. qui), hanno smesso di salire, attestandosi su un andamento piatto costante o, in alcuni casi, decrescente. Si parla quindi di “pausa” o “iato” (“hiatus” in inglese) delle temperature. 
Va tutto bene, ma qual’è il “certo momento” da cui inizia la pausa? 
Non potendo disporre di una teoria che ne specifichi esattamente l’inizio, la pausa è lasciata alla scelta empirica del momento iniziale (cioè, nel caso delle medie mensili, il mese iniziale). La scelta è quindi arbitraria e dà àdito al sospetto (o, ad esempio, nel caso di Bob Tisdale, all’accusa frequente) che venga fatta per dimostrare l’idea che si aveva a priori (cherry picking). 
Ad esempio, se guardassi la Fig.2 potrei pensare di scegliere la fine del 2002 oppure,

immaginando una compensazione tra il picco del 1998 (El Niño) e la successiva discesa del 2000-2001, fissare l’inizio al gennaio 1997 o ancora, come fatto in Fig.1, a settembre 1996: in ogni caso una scelta (quasi) arbitraria. 
Fatte le debite proporzioni, la pausa è un po’ come il tempo (il tempo dell’orologio) di Sant’Agostino: “Che cos’è insomma il tempo? Lo so finché nessuno me lo chiede; non lo so più, se volessi spiegarlo a chi me lo chiede.” (Conf. 11,15,18). Vedere anche qui per un commento filosofico divulgativo.

Per cercare di togliere un po’ (solo un po’) di ambiguità a un fenomeno tanto evidente quanto sfuggente, ho pensato di raccogliere alcuni dataset di temperature medie mensili, questi:

Per cercare di togliere un po’ (solo un po’) di ambiguità a un fenomeno tanto evidente quanto sfuggente, ho pensato di raccogliere alcuni dataset di temperature medie mensili, questi:

Tab.1: I dataset usati nel post. I dati RSS sono -per me- poco conosciuti e quindi ho aggiunto alcune righe di commento tratte dal sito che li contiene.

dai quali calcolare il fit lineare, assumendo come mese iniziale di ogni fit quello che inizia a gennaio 1997 e finisce a gennaio 2003 con passo 1 mese (cioè 73 fit per ogni dataset). Sono usati gli ultimi dati disponibili: settembre 2014 per noaa e hadcrut4; ottobre 2014 per hadsst3, uah e rss. 
La speranza era di riuscire a definire un mese a partire dal quale la pendenza avesse valore nullo o negativo (entro gli errori) e, confrontata con i valori vicini, si potesse dire qualcosa tipo :”Bene, da qui la pendenza è zero e, fatte salve le normali fluttuazioni, continua ad essere zero o negativa fino al valore iniziale di gennaio 2003″ (fino al fit del sottoinsieme di dati che inizia a gennaio 2003). Di conseguenza ho definito i criteri elencati di seguito.

Tab.2: I criteri (si spera) oggettivi usati per definire l’inizio della pausa delle temperature. Fissare una barra di errore diversa, ad esempio di ±2σ come abitualmente fatto in climatologia, porterebbe ad altri risultati: in questo caso all’impossibilità pratica di definire oggettivamente un punto di inizio pausa.

In pratica, per ogni dataset viene definito il punto corrispondente a gennaio 1997, calcolato il fit lineare da questo punto fino all’ultimo valore disponibile (settembre o ottobre 2014) e salvati i parametri, in particolare la pendenza della retta e il suo errore standard stimato (nei file è indicato come ese= estimated standar error, al livello di confidenza di 1σ). Poi il processo viene ripetuto usando come valore iniziale quello corrispondente a febbraio 1997 e così via fino a quando il punto iniziale diventa gennaio 2003. Successivamente si graficano le pendenze (in °C/decade; in un caso in °K/decade ma la scala non cambia) in funzione del mese iniziale della serie e si analizzano, seguendo i criteri esposti, per cercare l’inizio della pausa. 
Avrei voluto vedere, ad esempio, una pendenza in diminuzione fino a un particolare mese iniziale e da lì in avanti una pendenza quasi costante (o in diminuzione) fino al 73esimo fit. Come è normale, alcuni risultati hanno rispettato le attese e altri si sono comportati in modo diverso.

Prima di commentare i risultati voglio descrivere la Fig.2, della quale esiste nel sito di supporto l’equivalente per ogni dataset. Nella figura viene riportato il grafico delle temperature medie mensili globali (terra+oceano), la media mobile a 51 mesi (4.25 anni), la posizione temporale di alcuni eventi freddi e caldi (El Niño, eruzioni, Tunguska) e il fit lineare di tutto il dataset. Nel quadro in basso sono riportati i residui dal fit lineare (i dati “detrended”) insieme ad una funzione sinusoidale a parametri fissi, uguale per tutti i dataset, che ha lo scopo di evidenziare (o meno) l’oscillazione dei residui e che non è molto significativa nel contesto di questo post. 
Adesso vediamo i risultati dei fit e dei criteri.

La Fig.3 è il risultato finale per i dati NOAA globali e risponde bene ai criteri: da marzo 1999 la pendenza è in diminuzione a tasso costante (sempre entro gli errori) fino a marzo 2001 per poi attestarsi su un valore che si può considerare zero: le barre di errore hanno un’ampiezza di circa ±0.02 °C/decade e valori della pendenza uguali o inferiori all’errore assoluto hanno errori relativi uguali o superiori al 100% e possono essere considerati zero o vicini a zero. In ogni caso questo dataset non mostra una netta tendenza alla diminuzione delle temperature. 
Il punto in cui la barra d’errore entra in “territorio negativo” corrisponde a gennaio 2001 e da questo momento -visti i criteri- inizia lo iato che dura 165 mesi o 13 anni e 9 mesi.

I valori di Fig.4 mostrano un andamento simile a quelli di Fig.3 ma più accentuato: il valore centrale dell’intervallo diventa negativo a gennaio 2001 ma, usando i criteri, si vede che la pausa inizia ad agosto 2000 e dura 170 mesi o 14 anni e 2 mesi.

Dalla Fig.5 iniziano i dati HadCrut4 e Hadsst3

Le temperature globali HadCrut mostrano pendenze simili a quelle dei dati NOAA (anche se alcuni valori sono più elevati) e ugualmente lo iato inizia a gennaio 2001 e prosegue per 165 mesi o13 anni e 9 mesi.

L’emisfero nord sembra mostrare l’inizio della pausa

a maggio 2001 ma poi, a marzo 2002, si esce dalla fascia di costanza per rientrarvi a settembre dello stesso anno. Qui la situazione è ambigua ma credo si possa utilizzare settembre 2002 come inizio dello iato, con durata 145 mesi o 12 anni e 1 mese.

L’emisfero sud, Fig.7, mostra l’inizio della pausa a maggio 2000, con durata di 173 mesi o 14 anni e 5 mesi

Le Fig.8,9 e 10 si riferiscono alle SST dell’Hadley Center (HC) e non mostrano presenza di iato, se non l’emisfero sud (fig.10) le cui pendenze escono dalla fascia di costanza a maggio 2002 e quindi non rispondono ai criteri (siamo nella stessa situazione anche per i dati da gennaio 1997 ad aprile 1998 che poi escono dalla fascia).

Le temperature globali satellitari UAH, relative alla bassa troposfera,

mostrano solo pendenze positive e quindi non è presente lo iato. Le pendenze mostrano una crescita delle temperature con tasso compreso tra 0.042 e 0.075 °C/decade, a partire da novembre 1999.

Non so se le temperature marine sono adatte a misurare lo iato, a causa della enorme capacità termica degli oceani rispetto a quella delle terre emerse (per non parlare di quella atmosferica). Le variazioni di temperatura, anche aventi luogo per più di un decennio (diciamo 14 anni e qualche mese), possono essere annullate (assorbite) facilmente dagli oceani: così la crescita misurata dalle Figg.8-10 sarebbe il residuo dell’aumento delle temperature medie nel trentennio 1970-2000. In questo caso, l’unico dataset globale che non mostra la pausa sarebbe UAH: e non sono in grado di dare una spiegazione di questo fatto.

Successivamente, e per confrontarmi con la Fig.1 (il grafico di Lord Monckton), ho analizzato anche i dati di RSS-TLT (temperature della bassa troposfera). Il risultato è in Fig.12.

La scelta del punto iniziale di Fig.1 (settembre 1996) è fuori dall’intervallo usato qui e mostrato in Fig.12, ma è senz’altro compatibile con il criterio (1) di Tab.2, “pendenza zero o negativa”. Però non rispetta il criterio (2) della “costanza della pendenza” attraverso tutti i punti iniziali successivi a quello scelto. Infatti, pur non potendo definire esattamente la pendenza a partire da settembre 1996, tracciando una retta orizzontale di ordinata 0.00 °K/decade, si esce dalla fascia di validità delle pendenze (barra di errore) in 2 o probabilmente 3 intervalli.

Il limite superiore della pendenza che permette di avere una retta orizzontale, tutta entro le barre di errore dei valori iniziali successivi, è -0.04 °K/decade e questo valore definisce l’inizio dello iato a giugno 2000, con durata 173 mesi o 14 anni e 5 mesi.

Dai 6 dataset che la mostrano

Tab.3: Riassunto dei risultati. Il dato contrassegnato da (*) è il più incerto della serie.

I criteri scelti sono sempre discutibili e migliorabili: però l’uso di regole comuni a tutti i dateset permette almeno di mitigare il sospetto di cherry picking.