本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
当我在研究生院时,我曾经接触过一个计算机程序,该程序用于预测尚未合成的药物分子的活性。该程序在具有已知活性的一组现有药物分子(“训练集”)上进行“训练”,然后用于预测未知组(“测试集”)的活性。为了使学习该程序的诀窍更有趣,我的研究生导师在我和一个实验室的朋友之间设置了一个友好的竞赛。我们每个人都有一周的时间来训练程序处理现有数据集,并找出我们在未知数据集上的表现。
一周后,我们提交了结果。我在现有数据集上的表现实际上比我的朋友更好,但我的朋友在测试集上的表现更好。从实际角度来看,他的模型具有预测价值,这是任何成功模型的关键属性。另一方面,我的模型是仍然需要改进的模型。能够“预测”已经存在的数据不是预测,而是解释。解释很重要,但像我这样的仅仅解释已知数据的模型是一个不完整的模型,因为一个真正稳健的模型的价值和目的是预测。此外,仅仅解释的模型可以通过使用已知的实验数据调整其参数来拟合数据。
当我阅读最近一篇来自《自然气候变化》的论文时,这些想法浮现在我的脑海中,其中气候变化建模者“预测”了过去十年的全球气温停滞。自大约2000年以来全球变暖的缺乏并没有反驳我们所知关于气候变化的一切;全球变暖的发现不仅仅基于计算机模型(Weart,2008)。但模型仍然是预测未来变化不可或缺的工具,当前停滞期未被模型准确涵盖这一事实确实给气候变化科学家带来了不便的真相。在最新的论文中,来自西班牙和法国的科学家似乎已经找到了失败的原因;似乎模型低估了海洋作为热量汇的作用。海洋吸收热量是大气变暖停止或减缓的长期机制,但似乎模型没有充分考虑到这种自然变率。发生的情况是,当人为引起的全球变暖和海洋吸收相互加强时,您会得到净变暖信号。然而,当它们相互抵消时,海洋汇会阻止变暖,这就是我们在近年看到的情况。据我所知,一旦他们提高了处理海洋热量吸收的参数值,他们就可以使用一个特定的模型来重现观测到的温度停滞。
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这很公平。这种回顾性计算是模型构建的标准部分。但我们不要称之为“预测”,它实际上是“后测”。目前的研究表明,用于预测温度变化的模型需要更多的工作,尤其是在处理海洋汇等紧密耦合的复杂系统时。此外,您不能仅仅通过调整参数来使这些模型工作;这种方法的问题在于,它有可能使模型局限于狭窄的适用范围,超出该范围,模型将缺乏灵活性来考虑突如其来的变化。一个稳健的模型是一个参数数量最少,不需要不断调整以解释已经发生的事情,并且尽可能通用的模型。当前的气候模型并非毫无用处,但在我看来,它们无法前瞻性地预测温度停滞这一事实表明它们缺乏稳健性。它们真的应该被视为“正在进行中的工作”。
我也能理解这样的研究将如何对全球变暖的公众形象产生负面影响。人们通常对事后预测不满意,毫无疑问,怀疑论者和否认者将根据这项研究在不同程度上夸大气候变化模型的徒劳。但这实际上是任何旨在对复杂系统进行预测的模型的共同问题。正确的方法是诚实地承认模型的失败并提出修改建议,并且只有通过这种不断的反馈,模型才能得到改进。IPCC 的下一次评估应明确说明这种差异。佐治亚理工学院教授朱迪思·柯里提出了这个问题
“正统观点背后的错误假设是,自然变率仅仅是叠加在长期趋势上的‘噪声’。过去二十年的研究表明,自然变率的幅度超过了温室气体变暖信号。越来越明显的是,我们对 1980 年以来变暖的归因和未来气候变化的预测需要将自然内部变率视为一个根本重要的因素。我真诚地希望(IPCC)AR5 能够对我们已知和未知以及存在分歧的领域进行评估,而不是试图制造共识。”
不幸的是,当像气候变化这样的主题变得高度政治化时,这种内省和改进的标准过程就会受到破坏。支持者通常担心公开局限性,将其作为健康的科学交流过程的一部分,因为害怕遭到否认者的报复。科学的政治化损害了支持者和诚实的怀疑论者,我们所有人都因此变得更糟。