Statistisk modellering af istidens klimasvingninger

De store klimasvingninger i den sidste istid - de såkaldte Dansgaard-Oeschger (D-O) begivenheder - ser ud til at indtræffe med en vis regelmæssighed. Nogle gange med ca. 1500 års mellemrum. Andre gange med 3000 år. Og til tider med op til 4000 års mellemrum. Nogle forskere hævder at der eksisterer en grundlæggende regelmæssighed på 1470 år; men denne påstand ser ud til at afhænge af, hvilken statistisk metode der bliver benyttet, og hvordan iskernerne dateres.

En gruppe forskere ved Center for Is og Klima har benyttet en simpel statistisk model til at teste holdbarheden af den hævdede 1470 års regelmæssighed i D-O begivenhederne. Ved at benytte et statistisk mål, det såkaldte Rayleighs R, som viser hvorvidt en dataserie indeholder en given regelmæssighed, blev der fundet en overensstemmelse på omkring 70%.

Tilfældige spring?

På baggrund af dette resultat stillede forskerne spørgsmålet: Hvad er sandsynligheden for, at dette tal forekommer ved en ren tilfældighed? Svaret blev fundet ved at lave en model, hvor klimaskiftene beskrives med en såkaldt Poisson-proces, hvilket vil sige, at ventetiden fra et klimaskift til det næste antages at være tilfældig og følge en eksponentiel fordeling med samme middel-ventetid som i datasættet. Modellen blev herefter benyttet til at skabe 1000 kunstige iskerne-dataserier, og for hver af disse dataserier blev R-målet udregnet. Det viste sig at R-målet for de rigtige data ikke adskilte sig væsentligt fra de tilfældigt genererede R-må, hvilket igen betyder, at der er ringe grund til at konkludere at D-O-begivenhederne er periodiske. Eller mere præcist: At der er ringe grund til at afvise hypotesen om, at de ikke er regelmæssige.

?18O-isotopmålinger fra NGRIP og GISP-iskernerne

δ18O-isotopmålinger fra NGRIP og GISP-iskernerne for perioden ca. 10 – 42 tusinde år før nu. De vertikale linjer er placeret med 1470 års mellemrum, og illustrerer dermed den påståede regelmæssighed af klimaskiftene. Det ses at de bratte opvarmningers placering nogenlunde passer med de vertikale streger, når man bruger GISP2-iskernen (blå kurve, nederst), mens denne tilsyneladende sammenhæng forsvinder når man bruger data fra NGRIP på den nye og forbedrede tidsskala ved navn GICC05 (rød kurve, øverst).

Periodiske spring?

Efter ovennævnte modelkørsel, testede forskerne en anden forklaring på de tilbagevendende klimaskift. Her anvendte de en såkaldt stokastisk resonans-model. I denne model springer systemet tilfældigt mellem to tilstande på grund af intern støj. Den potentialbarriere som skal overskrides for at springet finder sted, ændres regelmæssigt. Hvis barrieren er høj i forhold til støjen, skifter systemet meget sjældent tilstand. Omvendt er der mange ”klimaskift” hvis støjniveauet er højt i forhold til barrieren. Støjniveauet blev valgt så modellen i gennemsnit frembringer det korrekte antal klimaskift i den kunstige dataserie. De beregnede R-mål for denne model passer mindre godt med det virkelige R-mål på 70% - men afvigelsen er ikke stor nok til at udelukke eksistensen af regelmæssighed.

Ydre eller indre årsager til D-O-begivenheder

Konklusionen på undersøgelserne, som er beskrevet i forrige afsnit, er at en stokastisk proces stemmer mindst lige så godt med de målte data, som hvis man antager at klimaskiftene skyldes en regelmæssig ydre påvirkning. Og det er vigtigt i forhold til at forstå D-O-begivenhedernes årsager. Hvis de var regelmæssige, ville den mest sandsynlige årsag formentlig være astronomiske fænomener - fx ændringer i solens styrke eller i jordens bane om solen - hvorimod tilfældigt opståede begivenheder kan skyldes årsager indenfor selve klimasystemet.

For flere oplysninger henvises til artiklen (Resume) eller lektor ved Center for Is og Klima Peter Ditlevsen.