主题：【系列】相关性和地球气候（0）引子 -- PBS
在没有搞清机制的情况下，从相关性上下手不妨是个办法，尤其是某个现象，如果有多种相关性可以比较，对快速趋近研究目标的范围有很大好处。如果只有一套相关性，解释起来就吃力地多。
下面有个故事：
加拿大埃德蒙顿市（Edmonton）的自来水公司（EPCOR）在2010年2月28日下午观察到其灌水量的变化起伏幅度超过近来正常灌水量起伏幅度(以前一天做对照）：
从图上看一目了然，在这天下午，冬季奥运会冰球决赛在美国和加拿大两国之间进行，在四个比赛时段，灌水量急剧下降，而在中间休息阶段，灌水量急剧上升，比赛结束后，一切趋于平常。
很明显这个剧烈的波动同人类的某种活动有关，这里有个相关性的问题：在中间休息时段，加拿大人有几个可能的活动导致这个灌水量的变化（在这里排除太阳黑子的因素)：
1）喝水
2）洗脚
3）洗澡
4）尿尿
1）的可靠性有问题，人能喝那么多水吗？再说西方球迷看球都喝啤酒，看看球赛时铺天盖地的广告都是哪些就明白了；
2）加拿大人没有那种习惯；
3）中间休息时段太短；
那么最大的可能就是4），在加拿大完成这个动作后不哗啦一下是不符合普世标准的。
这是一个很好的有关灌水的相关性的解释，但是最终还是没有讲清楚机制---加拿大人到底灌这么多水干了什么去了。没人做民意调查问加拿大人你那时干什么去了：没有人愿意去问，也没有人愿意回答真情。
反正EPCOR报告了这件事，自来水公司嘛，例行公事。至于人家用水干什么，干我何事？
世界上怕就怕“认真”二字，美国人是认真的。在得到这个消息后，美国人一口咬定加拿大人在休息时都去尿尿去了，而且这是加拿大人的特性之一，为此，美国人在讲这件事时，题目是：
《Canada: the country that pees together stays together》
我一看就知道美国人在哪里跟邻居卯上了，果不出所然，美国人2：3负于加拿大人，与金牌无缘。
有这个必要嘛？
其实从相关性上讲，4）的可能性是很大的，但微观机制还是没有讲清楚：
我认为真正的机制还是二氧化碳：球迷们在观赛时灌下去的那些带来快感的饮料中，如果没有二氧化碳，还能是那种特殊饮料吗，还会有人去灌吗，还会造成自来水公司业务变化吗？
作为神奇的地球气候暖化气体二氧化碳，在冬奥会上，再次大显神通---啤酒公司大胜而归。
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我们谈到如果有多个相关的观察最后都集中到一个因素时，那么对这个因素的研究就有可能导致机制的发现。
有河友提到水循环，地壳运动，地幔运动，磁极运动，地球自转，太阳爆发都可能影响地球气候变化，磁极运动，这些运动能否统一起来，最终归结到太阳运动或人类活动这些有重大争议的因素上来呢？
简单观察上述运动，实在看不出同人造二氧化碳有什么联系，也不容易看出同太阳黑子有什么关系（除了太阳耀斑爆发以外），要从这些运动解释地球气候变化看来是很难的。
本着“认真”的原则，以美国人考证加拿大人的习俗的精神来对待全球气候变化的探索，也许我们能搞出些名堂。
这次我从地球磁极漂移下手。
大家知道，地球自转轴的南北极和地球地磁场的南北极是不重合的。不仅如此，地球磁场的极点还处于不停的漂移之中，以地球北磁极为例，从1600年至今，其漂移的范围和幅度是比较大的：
从1600年起，地球北磁极向南漂移，至1840年开始转向，向北漂移，至2001年，回到了相当于1600年时的纬度。这张图可能精度不高，比较好的图将1600年向南移动的路径更仔细地描述出来：
如果说地球北磁极是有主权归属的话，那绝对是加拿大人的。
我在看这个漂移图时，感觉到地球北磁极的漂移可以同北半球地球气候变化相连起来:
大家可以看到，从1600年到1840年（或1900年），地球处于小冰期，地磁极向南漂移，1840年后，地球转暖，地球磁极开始北移，直至今天已经达到了北纬86度的位置。
预计这个漂移还将继续下去。
我觉得这是个相关性不错的描述---如同太阳黑子周期长度变化，周期长，温度低；周期短，温度高--这里，北磁极南移，温度低；北磁极北移，温度高。
细心的河友会很快从上面的那些图看出问题，主要是：按照你这个推论，北磁极继续向北移动的话，地球不是会越来越热呢？这与你提出的太阳周期最小延长将导致全球冷化有矛盾嘛，这个相关性是个骗局吧？
我也考虑过这个问题，但我不怕，要以美国人的精神为指导，以中国人的国粹为武器，继续在这个问题上死搅蛮缠下去。
中国人有句名言：叫做--物极必反。
我注意到北磁极已经到了北纬86度了，再往北漂移4度就过了极点，就是向南漂移了，这不就对上我的发现了?---北磁极向南移，地球气温下降。所以我的这个相关性还是靠谱的。
另外，地球南北在这里以经度90度为标准，如果是用经度45度为标准，我们也许已经过了南北分界线了，我们也许已经在南移了。
球面几何的奥妙看来不少。
今天北磁极不管是就此南移，或者继续北移或原地打转都不会再造成地球气温上升了，这就是地球磁极漂移相关性研究的结论。
现在将地球北磁极漂移的推测途径图放在这里：
按目前这个漂移速度和方向，在2050年地球北磁极将南移抵达俄国的北地岛，北磁极的主权理论上将归属毛子。
我不知道那时加拿大人会不会也去研究毛子的某些生活习俗了。
更细心的河友可能会说从百年的尺度上讲，用磁极漂移来解释地球气温变化可能靠谱，但你也无法用地磁极漂移来解释在1940年至1976年地球气温下降的事实，所以你的理论并非完全靠谱，有很大的漏洞。
这是个很好的问题，问得很仔细，我得好好想想，第二节再谈。
暂停。
又喝水去了。
花了，老铁也表明态度了
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如果能再用主成分分析来分析一下诸多因素里面的各自权重，就更妙了。
在一个系统的明确机制没有搞清楚以前，对相关因素加权可能无益处。
比如全球暖化数学模型，千奇百怪，没有一个可以准确地预测气候变化的。
南北极冰川消失，喜马拉雅冰川消失，南美热带雨林消失，以及台风龙卷风灾害增加在这些数学模型中预测的在实际中没有一个体现过。
有些模型不过是一些坏表而已---尽管它们在一天24小时中可能会有两次准--假如它们不走，走了反而更坏事。
刚才讲了地球磁极北移解释了1840年以来的地球暖化的大趋势，但是这里有个矛盾冲突，即在1940年至1976年，地球气温在下降，这样一来地磁极漂移的相关性假说有大漏洞。
我现在再把那段时间的气温，太阳黑子周期长度和大气二氧化碳浓度的相关图放在这里，看看我们有没有办法来解决这个冲突：
大家可以看到地磁极北移的情况就像那个二氧化碳浓度上升一样，一路北上，看不出同太阳黑子周期长度变化有任何相关性。这怎么解释是好？
读某本书时，对于认识过程，曾看到过这段话：“将侦察得来的敌方情况的各种材料去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的思索，然后将自己方面的情况加上去，研究双方的对比和相互的关系，因而构成判断，定下决心，作出计划”。
这个嘛说起来容易，做起来就难了。比如去粗取精，去那个粗呢？你就给个大方向，然后就来个具体情况具体分析，让我摸着石头过河？
这就是没有数字化的缺点。
看来国粹帮不上忙了，我得找人帮忙。据说美国人的表兄英国人分析能力挺强，那里曾经有个牛人叫牛顿，非常了得，可以分析看出趋势来，他的后代弟子据说都有这个本事。
对地磁极北移这个现象，5个英国的地磁观测站都观察到了，牛顿的后裔对微分求导积分的确颇有研究，他们把地磁极向北漂移的速度的变化作了进一步研究，发现从1900年至2005年，这个漂移速度的变化有名堂：
我想我给大家灌水灌到今天，大家也灌饱了相关性概念，也有了看相关性的功能了吧？这张图和上面那张图有什么相关性呢？
很明显，地磁极漂移的速度变化的程度，即加速度或减速度的状况图谱可以和太阳黑子周期长度变化吻合起来，就此同地球气温的变化吻合起来。
原来它们是一回事。
我们现在可以这样说：地磁极的漂移方向和漂移加速度的方向如果是北移，地球变暖；地磁极的漂移方向和漂移加速度的方向如果是南移，地球变冷。
这里，加速度方向是第一位的，而运动的大方向是第二位的。诸多的加速度变化的总和造成运动的大方向。
我想1940年到1976年的地球降温还是可以用地磁极漂移的相关性来解释吧。
由于我把第一张图放在这里，里面有大气二氧化碳浓度变化的曲线，是否有人对此也依样画葫芦做过类似英国人的数据处理，或有河友想来试试身手？
我很想看看结果如何。
不管怎样，上面讲的还是相关性探讨，没有机制在里面，但是三个观察是如此吻合同步，人们现在必须考虑如何研究其相互关系了：
地磁极变化会不会影响太阳黑子周期的变化？气温变化会不会造成地磁极漂移？还有就是地球气温变化才是造成太阳黑子周期长度变化的最终原因？
或者干脆说太阳黑子影响气温和地磁极，而地磁极不影响气温，地磁极变化同气温变化同步不过是太阳影响地球诸多结果之一而已。
一般讲，英国人发现的事情，美国人会有补充的，我在下一节讨论美国人的”新“贡献。
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科普文章就要这样写,严谨又通俗!我只是想知道,在我和孩子的有生之年地球气候会怎么变化,从而没有哪年这么盼望夏天的到来!
今年夏天北半球的温度值将是相当多的学科人士要关注的一件事。
希望农业生产安排能够根据变化的气候而调整。
那就有情况了。
现在先等着看南半球的情况，那里的冬天已经来临了。
前面提到水循环，地壳运动，地幔运动，磁极运动，地球自转，太阳爆发都可能同地球气候变化有关。当我们讨论磁极运动时，地质运动就应该或多或少也就包括进去了，太阳黑子周期变化又同磁极运动联系起来，那么地质运动也就和太阳活动相关起来了。
水循环和磁极漂移或太阳黑子周期变化有无关联呢？
地球上的水循环的形态比较多，比如水蒸发上升，冷凝成云，然后降水，这是一个循环，是在大气中的水循环，涉及到热量传递和水的相变；另外一种循环就是洋流，如下图
洋流涉及到地球热量传递，大家看到上面那个在太平洋的洋流，只要向右多偏一点，小男孩就会出生，秘鲁的渔民就要不高兴了。
关于小男孩小女孩的故事，我以后再讨论。
由于海水是含盐溶液，洋流还涉及盐物质转移。含盐溶液是个导热体之外，还是个导电体，这个特性使人有点浮想联翩。
美国西北大学有个化工系的教授，除了效力与本行工作之外，对地球磁极漂移颇有研究：他经过研究，认为含电解质的地球洋流运动，造成一种电流，这种电流在地球磁场中会感应出另一种磁场，并且这个磁场的强度足够强，以至于影响了地球磁场而使地磁极发生漂移。
这是一个很有趣的理论。我把他的文章的链接放在这里：点击那个PDF就可以看全文：
Secular variation of the Earth’s magnetic field:induced by the ocean flow?
文章里面有个图，我把它放在这里：
这个图形大家一定很熟悉了，(除了1940-1950年那段不完全），磁场漂移的速度变化同洋流的流量变化同步。这里洋流的数据点散布比较大。
我不大清楚他的推导，假定他的理论是正确的---这个理论解释了磁极漂移加速度问题，至于解释1840年以来磁极拐弯的问题和将来北磁极去北地岛，可能就比较困难了。
我还有2个问题：
问题1：在上面的全球洋流图上，我们看到太平洋和大西洋各有一个洋流回路，这两个回路正好在北地磁极的各一边，那么这两个洋流合力是如何影响磁极漂移的？
问题2：洋流磁场可以影响地球磁场，但不可能影响太阳黑子周期变化吧？那么是不是太阳黑子影响了洋流，进而影响地球磁极漂移呢？
在论文里，作者没有讨论这些相关性。
找到一张地磁极历史（1590-1990）漂移动态图，拿来给大家看看：
PS：
在截图里，我看到洋流的流量在每秒5000万-7000万立方米之间，是一个令人印象深刻的流量：比较陆上水循环，如长江洪水洪峰流量：1998年为6.36万秒立方米，1954年为6.68万秒立方米，1860和1870年的洪峰流量分别达到9.25万和10.5万秒立方米。
如此之大的水循环量的变化（不管是陆上还是海洋中），涉及的能量传递必然也是巨大的。
太阳黑子周期长度的变化和地磁极漂移带来的地球气温变化的相关连在上面已经大致介绍了。
这些关联是很好的观察，对我们理解地球气候的形成条件的复杂性多样性极有帮助和启发。尽管对其机制我们还没有仔细讨论，但从人们用各种方法假说来解释这些关联的过程中，我们对气候变化的主要贡献因素开始有个轮廓概念了，如果把主要贡献因素和地球上各个相关因子链接起来，我们也就可以定性定量地描述地球气候了。
这不是一件容易的事情，也不是那种气体就可以搞定的事情，更不是简单地限制烧煤炭就可以改变的事情。
美国有个出名的独生子，名叫Calvin，他对太阳现象感兴趣，问了爸爸许多问题，看看这位爸爸是如何回答的：
要搞清楚太阳的活动看来不是一件容易的事。
很有趣的文章！
我想，建立因果聯繫，最終還是建立在（1）能成功的預測，和（2）能按照要求進行干涉。