In de eerdere blogs uit deze reeks is al stil gestaan bij de moeilijkheden die Artificial Intelligence (AI) en statistische malversaties opleveren voor de ‘moderne wetenschapsbeoefening’. Wetenschap die gebruik kan maken van de ultieme rekenmachine, waarvoor uiteindelijk geen wiskundig probleem meer onoplosbaar is: de computer.
En dan heb ik nog niet eens stilgestaan bij misschien wel het belangrijkste onderdeel van het computergebruik voor de moderne wetenschap: de simulatie. Computersimulatie, “het gebruik van een computer om de dynamische reacties van een systeem weer te geven en te begrijpen”.
Het begrijpen van de wereld
Bij een simulatie wordt gebruik gemaakt van een wiskundige beschrijving, of model, van een echt systeem in de vorm van een computerprogramma.
Voor een formele beschrijving sluit ik me aan bij de Encyclopedia Britannica:
“Een computermodel is samengesteld uit vergelijkingen die de functionele relaties binnen het echte systeem dupliceren. Wanneer het programma wordt uitgevoerd, vormt de hieruit volgende wiskundige dynamiek een analogie van het gedrag van het echte systeem. (…) Een simulatie kan ook de vorm aannemen van een computergrafisch beeld dat dynamische processen in een geanimeerde reeks weergeeft.”
Mooier kan ik het niet zeggen; maar u ziet hier een nogal droge beschrijving van ’s werelds meest populaire vrijetijdsbesteding: computerspelletjes.
Maar deze modellen kunnen natuurlijk nog veel meer. Het artikel gaat verder:
“Computersimulaties worden gebruikt om het dynamische gedrag van objecten of systemen te bestuderen als reactie op omstandigheden die in het echte leven niet gemakkelijk of veilig kunnen worden toegepast. Een kernexplosie kan bijvoorbeeld worden beschreven door een wiskundig model dat variabelen als hitte, snelheid en radioactieve emissies omvat. Aanvullende wiskundige vergelijkingen kunnen vervolgens worden gebruikt om het model aan te passen aan veranderingen in bepaalde variabelen, zoals de hoeveelheid splijtbaar materiaal die de explosie veroorzaakte. Simulaties zijn vooral nuttig om waarnemers in staat te stellen te meten en te voorspellen hoe het functioneren van een heel systeem kan worden beïnvloed door het wijzigen van individuele componenten binnen dat systeem.
De eenvoudigere simulaties die nog uitgevoerd kunnen worden door personal computers bestaan voornamelijk uit bedrijfsmodellen en geometrische modellen. De eerste omvat spreadsheet-, financiële en statistische softwareprogramma’s die worden gebruikt bij bedrijfsanalyse en planning. Geometrische modellen worden gebruikt voor talloze toepassingen die eenvoudige wiskundige modellering van objecten vereisen, zoals gebouwen, industriële onderdelen en de moleculaire structuren van chemicaliën.
Simulaties van riviersystemen kunnen worden gemanipuleerd om de potentiële effecten van dammen en irrigatienetwerken te bepalen voordat er daadwerkelijk gebouwd wordt. Andere voorbeelden van computersimulaties zijn onder meer het inschatten van de concurrentiereacties van bedrijven op een bepaalde markt en het reproduceren van de beweging en vlucht van ruimtevoertuigen.”
Ook de wereld van de milieubeschrijving bedient zich steeds vaker van dit soort van modellen. AERIUS, het model om de verspreiding van reactief stikstof te modelleren, Stacks om de geur en verspreiding van verontreinigen van bedrijven te modelleren, V-stacks gebied om de cumulatieve geurhinder van agrarische bedrijven te bestuderen, Calculux om lichthinder te berekenen, Geomilieu voor o.a. geluidhinder, etc.
Soms is een PC dan al niet meer genoeg. Meer geavanceerde simulaties, zoals simulaties die weerpatronen, of die welke het gedrag van macro-economische systemen nabootsen, worden meestal uitgevoerd op krachtige werkstations of supercomputers.
Ondanks hun vrijwel universele toepassing en gebruik, zijn er weinig computersimulaties die een grotere invloed op het menselijke doen en laten hebben gehad dan de klimaatmodellen van het IPCC.
Het zijn monsters. Neem voorbeeld het GISS-E2 klimaat model, dat heeft klaarblijkelijk meer dan 440.000 coderegels, 2 miljoen gridcellen die de wereld omspannen en het duurt een dag om het model te laten draaien op een computersysyeem met 88 processors. (Zie link)
Maar het gebruik van computersimulaties om het gedrag van het klimaat te bestuderen is bittere noodzaak volgens het IPCC. In de faq van AR6 zien we dan ook staan:
“Since there is no way to do a controlled laboratory experiment on the actual Earth, climate model simulations can also provide a kind of ‘alternate Earth’ to test what would have happened without human influence. Such experiments show that the observed warming would not have occurred without human influence.”
Denkfout
De gelijkstelling tussen model en de ‘echte wereld’ in de hoofden van de klimaatwetenschappers wordt hier treffend uitgedrukt. In plaats van het wetenschappelijke experiment, wat een zorgvuldig opgezette en nauwkeurige observatie van een stukje werkelijkheid is, dat kan worden uitgevoerd om een wetenschappelijke hypothese te testen (Wikipedia), worden hier klaarblijkelijk ‘computerspelletjes’ gezien als ‘experimenten’.
Met experimenten probeer je dus aan de hand van een observatie van het gedrag van een verschijnsel te definiëren hoe de wereld in elkaar steekt, maar in computermodellen definieer je hoe de wereld in elkaar steekt om het gedrag van een verschijnsel te observeren.
En dát levert problemen op.
Een complexe modelmatige beschrijving is helaas vrijwel oncontroleerbaar. Er is uiteindelijk niemand meer om te controleren of de ‘goede variabelen’ wel zijn ingevoerd. Maar wanneer de uitkomst van het model overeen stemt met datgene wat in het verleden heeft plaats gevonden, dan zal het allemaal wel kloppen toch? (deze denklijn lijkt het IPCC aan te hangen)
Maar om een betrouwbaar model te kunnen hebben, moet het wel zo zijn dat de basisvariabelen van verschillende modellen (nagenoeg) gelijk zijn. Om een simpel voorbeeld te gebruiken; wanneer de verspreiding van ammoniak in het ene model op een bepaalde wiskundige manier wordt gemodelleerd, dan kan het natuurlijk niet zo zijn dat de wiskundige theorie achter de verspreiding van deze stof nog niet vaststaat.
Dit zou betekenen dat een ander model voor deze verspreiding van een compleet andere wetenschappelijkheid met compleet andere formules over de verspreiding en gedrag van ammoniak kan uitgaan.
Zo simpel is het dus allemaal niet. Zeker niet als het gaat over de verspreiding van stoffen waarvan we alleen de indirecte werking lijken te kunnen bestuderen. Zoals dus de ‘droge depositie’ van reactief stikstof.
Jaap Hanekamp geldt als de officiële criticaster van het door de overheid voorgeschreven AERIUS verspreidingsmodel van stikstof. Hij maakte onderdeel uit van het wetenschappelijke expert-team wat dit model heeft bestudeerd en tot de conclusie kwam dat het model niet geschikt was voor vergunningverlening. Kritiek die de overheid overigens zonder inhoudelijk commentaar naast zich neer heeft gelegd. Hanekamp heeft inmiddels een groot aantal blogs geschreven over zijn bevindingen met dit computermodel. (zie o.a. deze link)
En dan gaat het dus nog over een eenvoudig model, waarvan het gebruik van een PC al genoeg is om dit model te kunnen laten draaien.
Klimaatmodellen?
Voor de inhoudelijke studie van de klimaatmodellen heeft Willis Eschenbach, onvermoeibaar schrijver op WUWT, (blijkbaar door gebruik te maken van onze “prachtige KNMI –site”) pionierswerk verricht.
Het grote probleem van deze modellen is natuurlijk dat het aantal variabelen wat gebruikt kan worden nagenoeg onuitputtelijk is (én niet te controleren). Zorgt bewolking voor opwarming? Aerolsolen die (ook regionaal) te pas en te onpas ingezet kunnen worden om verkoeling te verklaren. Vulkaanuitbarstingen, zonnevlekken, verandering van windsnelheden, opwarming door kooldioxide, afkoeling door transpiratie, plantenbedekking en emissiviteit, verandering van zeestromingen, etc. etc.
In een eerdere blog heb ik hierover al het een en ander over geschreven (zie link). En ik denk dat dat Eschenbach zeker een punt heeft wanneer hij stelt:
“Op de waarden die in de modellen worden gebruikt is geen peil te trekken. De waarden voor 2xCO2-forcering variëren van 2,6 tot bijna 4 W/m2. En het bereik van de onzekerheid over de mediaanwaarde (breedte van de inkeping in de zijkanten van de doos) omvat niet eens de canonieke IPCC-waarde van 3,7 W/m2 … hoe deze grappenmakers het lef hebben om de klimaatwetenschap ‘setteled’ te noemen is een mysterie. We zijn het niet alleen niet eens over de waarden van de ECS [de toename van energie agv broeikaseffect] en de TCR [temperatuurtoename agv broeikaseffect], maar we zijn het zelfs niet eens over de mate waarin de forcering verandert als de CO2-uitstoot verdubbelt!”
In een andere wat meer recente blog gaat hij in op het veranderende regenpatroon, zoals gemodelleerd door de verschillende werkgroepen van het IPCC:
“Over het geheel genomen is er, ondanks de eindeloze hype over toenemende overstromingen, geen significante trend in de regenval. Het belangrijkste kenmerk is de afname van de regen vanaf de piek van 2016. Omdat ik nieuwsgierig was naar die daling, dacht ik dat ik de hemisferen afzonderlijk zou kunnen bekijken om te zien waar het gebeurt. Hier zijn die (satelliet-) data van Copernicus-website :
De twee hemisferen zijn in principe spiegelbeelden! Als de ene natter is, is de andere droger, en omgekeerd.”
Nieuwsgierig geworden wilde hij toch eens zien hoe de klimaatmodellen dit hadden gemodelleerd: “Dus ging ik naar de prachtige KNMI-website en kreeg de gemiddelde gegevens van het CMIP6-model. En toen ik het in kaart bracht, gingen mijn wenkbrauwen omhoog tot aan mijn haarlijn en barstte ik in lachen uit…
Figure 4. CEEMD smooths of modeled hemispheric rainfall, CMIP6 model average. This model average is created by first averaging all of the model runs of each model, and then averaging the model averages. This is to prevent overweighting the models with lots of runs.
Ik was totaal verbijsterd. Ik weet niet wat ik had verwacht, maar dit was het zeker niet… In totale tegenspraak met de waarnemingen uit de echte wereld zien we in de modelwereld dat het zuidelijk halfrond natter is dan het noorden. En het wordt in noordelijk halfrond in de loop van de tijd veel natter. De totale jaarlijkse regenval is ongeveer 75 mm (3 inch) of ongeveer 8% te groot.
Bovendien zien we geen enkele spiegeling.”
Dat zijn toch echt serieuze tekortkomingen voor modellen waarvan ‘we’ verwachten dat ze het klimaat tot 100 jaar vooruit kunnen voorspellen en op basis waarvan (volgens de ‘alarmisten’) maar liefst 97% va de wetenschappers van mening zou zijn dat kooldioxide de oorzaak is van klimaatverandering.
De geest uit de fles
Vandaag las ik op de website van P. Gosselin (notrickszone.com) dat Jens Spahn, leider van de CDU in Duitsland, van mening is dat zijn land in een ‘Groen sprookjesland’ is verzeild geraakt (zie link).
Het leidmotief van deze blogreeks is ook een sprookje: “Der Geist im Glas”. Het verhaal werd opgetekend door de gebroeders Grimm naar een vertelling van Dorothea Viehmann (1755 –1816) uit Zwehrn (tegenwoordig een deel van de stad Kassel). Een van de weinige bronnen van de broers die ook een geringe vergoeding voor haar verhalen kreeg.
Ludwig Grimm tekende de volgende afbeelding van hun waardevolle bron, waarvan zij tenminste veertig verhalen hebben opgetekend:
Ze had de opmerkelijke gave om een verhaal een aantal malen te kunnen vertellen, zonder dat er ook maar één woord werd veranderd.
Het verhaal gaat ongeveer zo:
Een houthakker wil zijn zoon laten studeren, zodat hij hem later kan onderhouden en de jongen gaat naar een hogeschool. De leraren prijzen de jongen, maar het geld van de vader is op, voor de studie is afgerond. De jongen keert huiswaarts en gaat zijn vader helpen.
Ze hebben echter maar één bijl en de jongen leent de bijl van hun buurman. Tijdens de middagpauze gaat de jongen rondwandelen. Hij komt bij een grote eik van honderden jaren oud en hoort een stem roepen. Deze gedempte stem smeekt:’ laat mij eruit, laat mij eruit’. De jongen gaat tussen de wortels graven en ziet een glazen fles in een holletje en er springt iets in wat eruit ziet als een kikvors.
Hij haalt de kurk van de fles en er stijgt een schrikwekkende geest op. Hij is zo groot als een halve boom en de geest zegt: ‘Weet je wat je beloning is omdat je mij eruit hebt gelaten?’. Op het ontkennende antwoord van de jongen brult hij: ‘Daarvoor moet ik jouw nek breken!’ Denk je dat ik uit louter goedheid zo lang opgesloten heb gezeten? Nee, dat was voor straf. Ik ben de machtige Mercurius; degene die mij loslaat moet ik de nek breken.’
Lezers, gewend aan de lieve blauwe geest van Aladdin, zullen dit niet hebben zien aankomen, maar de hoofdpersoon van het verhaal is minder geschrokken.
De jongen zegt niet te geloven dat de geest in de fles heeft gezeten en de hoogmoedige geest bewijst dit vervolgens. De jongen doet snel de kurk weer op de fles en stopt hem in het hol terug.
Een mooi sprookjesmotief, gelukkig heeft ook de gelaarsde kat dit verhaal gelezen.
Maar de geest roept opnieuw en belooft nu de jongen te dienen. Maar zo gemakkelijk gaat dat niet: ’Nee, antwoorde de student, ‘Niet voor een tweede keer, wie mij eens naar het leven heeft gestaan die laat ik niet meer vrij als ik hem weer gevangen heb.‘ – ‘Als je mij bevrijdt’ riep de geest ‘zal ik je zoveel geven dat je je leven genoeg hebt’. ‘Nee’, antwoordde de student, ‘dan bedrieg je me weer, net als de eerste keer.
‘Je vergooit je geluk’ sprak de geest. ‘Ik zal je niets doen, maar je rijkelijk belonen.’
De jongen haalt nu opnieuw de kurk van de fles en krijgt deze keer een lapje dat eruitziet als een pleister.
Als hij met één kant van dit lapje over een wond strijkt, zal hij genezen. Met de andere kant zal staal en ijzer in zilver veranderen. De jongen snijdt in een boom en strijkt deze wond met de ene kant van de pleister, waarna de snee dichtgroeit. Met de andere kant bestrijkt hij de ijzeren bijl, die nu van soort metaal lijkt te veranderen. De jongen gaat terug naar zijn vader en wil vervolgens een boom omhakken, maar de bijl buigt om, want hij is nu van zilver.
De zoon brengt de bijl naar een goudsmid en krijgt vierhonderd daalders.
Om de buurman voor de geleden schade te vergoeden (de bijl is natuurlijk wel stuk gegaan) wil deze één daalder en zes stuivers zien voor zijn bijl.
De jongen geeft hem het dubbele en geeft vervolgens aan zijn vader honderd daalders en sprak: ‘het zal u nooit meer aan iets ontbreken en u kunt gemakkelijk leven’.
Hij vertelt vervolgens aan zijn vader wat hij heeft meegemaakt en de jongen gaat weer studeren aan de hogeschool. Hij kan met zijn magische pleister opeens alle wonden genezen.
Het verhaal eindigt daarmee dat hij de beroemdste dokter van de hele wereld wordt door de magische krachten van zijn pleister.
Ik vermoed dat hij in de huidige tijd ‘de rijkste man ter wereld’ zou zijn geworden, door de magische kracht van zijn ‘lapje’, maar zo zie je maar dat de normen en waarden in de loop der tijden toch veranderen.
De moraal van dit verhaal
De diepere betekenis van deze tekst is misschien niet eens zo lastig te ontcijferen. Wat is de belangrijke boodschap die de schrijver van dit verhaal probeert over te brengen?
Er zijn een paar bijzondere gegevens die in dit verhaal worden gegeven. Het gaat over een student die zijn opleiding nog niet heeft afgerond. De kwaadaardige geest bleek Mercurius te zijn, de Romeinse pendant van Hermes, de Griekse god die de uitvinder was van het schrift, astronomie en de wiskunde.
De geest was in eerste instantie oncontroleerbaar, maar bleek uiteindelijk schenker van waardevolle giften.
Hebben we hier (ook) te maken met een waarschuwing door de eeuwen heen, tegenover een al te groot en naïef vertrouwen in de wiskunde? Is dit wellicht een ‘gift van de goden’, die niet zomaar losgalaten mag worden zonder een gezonde dosis wantrouwen?
Je zou het haast denken…
