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Zeitreihenanalyse - Scharfes Hinsehen

Wenn man untersucht, ob und inwieweit die Verläufe zweier Größen voneinander abhängig sein können, dann schaut man sich zuerst die Graphen dieser Verläufe an. Hier kommt ein Beispiel aus der biologischen Schädlingsbekämpfung (lesen Sie ruhig weiter, am Ende kommt noch eine Pointe):

Auf Papaja-Plantagen in Costa Rica kann die Larve des Papaja-Bohrers, einer Art Motte, zu großen Ernteausfällen führen. In der natürlichen Umgebung der Papaja lebt aber auch der Humboldt-baumfrosch, ein Freßfeind des Papaya-Bohrers.

Humboldt-Baumfrosch auf einem Papaya-Blatt im Regenwald Costa Ricas.

Um zu untersuchen, ob dieser zur Eindämmung des Papaja-Bohrers und somit zur Ertragssteigerung dienen kann, wurden im Jahre 1975 Humboldt-baumfrösche in einigen Plantagen ausgewildert. Man erfaßte den Verlauf der Individuendichte der Baumfrösche sowie die Ertragssteigerung der Plantagen und erstellte diese beiden Graphiken:

Das sieht ja richtig gut aus - zumindest auf den ersten Blick. Der Humboldbaumfrosch hat sich seit seiner Auswilderung 1975 richtig gut vermehrt, gleichzeitig ist der Papaya-Ertrag gewachsen.

Nur: der Ertrag ist auch schon angestiegen, als die Populationsdichte des Froschs zurückging (von 1880 bis 1935). Der Ertrag stieg schon seit Anfang der Erfassung um 1880 bis 1910 an als die Froschpopulationsdichte schrumpfte. Weiterhin hätte das Ansiedeln der Frösche zu einer größeren Ertragssteigerung führen müssen. Außerdem: man kann fast ein Lineal an die Ertragskurve legen, bei der Froschpopulationskurve ist das nicht möglich. Offenbar gab es andere Faktoren, die den Ernteertrag vergrößerten - zumindestens zusätzlich zu den Fröschen.

Und hier ..... die versprochene Pointe und der Zusammenhang zur Klimafrage: Es gibt keinen Humboldtbaumfrosch und keinen Papayabohrer. Der Frosch auf dem Bild ist ein europäischer Wasserfrosch auf einem Seerosenblatt im Teich des berliner Ökowerks (ein Besuch dort lohnt sich). Daß es auf Costa Rica tatsächlich Papaya-Anbau gibt, habe ich erst im Nachhinein gelesen. Auch die Insel Papaya, auf der die Liebe regiert, gibt es leider nur in unserer Phantasie......Papaya, Papaya, Coconut, Banana........

Die Graphiken wurden zwei Graphiken aus dem Internet nachempfunden, mit fundamentaler Bedeutung für das Klimathema:

  1. Dem Verlauf der Abweichung von der "normalen" globalen Mitteltemperatur (Ursache, "Froschpopulationsdichte").
  2. Dem Meeresspiegelanstieg seit 1880 bis heute (Wirkung, "Papaya-Ertrag")

Da die Kurvenformen ähnlich sind, führt deren Analyse zum gleichen Ergebnis: Der Zusammenhang zwischen globaler Mitteltemperatur und Meersspiegelanstieg ist unvollkommen und es muß weitere schwerwiegende Faktoren bei dessen Anstieg geben, die natürlich in den hier gezeigten Diagrammen nicht erkennbar sind. Die globale Mitteltemperatur, die erst ab 1975 (dem "Auswilderungsjahr der Baumfrösche") richtig anstieg, kann nur eine untergeordnete Rolle spielen - wenn überhaupt.

Sie können sich die Graphiken z.B. auf der (nicht gerade klimaskeptischen) Seite "klimareporter.info" ansehen:

  1. Temperaturanstieg
  2. Meeresspiegelanstieg
Unter einer Sintflut stelle ich mir etwas anderes vor als ein Meeresspiegelanstieg um 23 cm, der vor allem andere Ursachen haben muß als die globale Mitteltemperatur.

Natürlich liegen diesen Graphiken Zahlentabellen zugrunde. Die Daten aus den Tabellen werden mit folgendem Programm visualisiert:

Das Programm

Umgang mit dem Programm

Um aus hier gegebene Programm zum Laufen zu bringen sollte man wie folgt vorgehen:
  1. Zuerst erstellen Sie ein Verzeichnis, in dem Sie dieses Programm laufen lassen wollen.
  2. In diesem Verzeichnis benötigen Sie die Quellcode-Dateien, d.h. die python3-Dateien "graphik_vergleich_haupt.py", "steuer.py" und "datei_einlese.py" und "ausgabe.py", die beiden Steuerdateien "steuer.txt" und "steuer_klima.txt" sowie die 4 Eingabedateien "individuendichte_zugewinn.dat","ertragszuwachs.dat","temp_abweichung.dat", und "meeresspiegel_abweichung.dat" in Ihrem Verzeichnis. Sie können die Dateien entweder einzeln anklicken und speichern oder das tar-Archiv herunterladen und im Verzeichnis öffnen. Das Archiv enthält die Quelldateien, die Eingabedatei "eingabe.dat" und die Dokumentation des Programms als *.pdf.
  3. Dann öffnen Sie ein Konsolenfenster in diesem Verzeichnis (rechter Mausklick im Fenster des Verzeichnisses, dann "Terminal hier öffnen" klicken).
  4. Führen Sie einen Virenscan über dieses Verzeichnis durch. Z.B. ich benutze clamscan mit dem Befehl clamscan -r -i. Sie können natürlich einen anderen Virenscanner benutzen.
  5. In der Konsole wird das Programm mit python3 graphik_vergleich_haupt.py steuer.txt bzw. python3 graphik_vergleich_haupt.py steuer_klima.txt gestartet. Hier ist es wichtig, den Namen der jeweiligen Steuerdatei mit einzugeben, da es hier eine Auswahlmöglichkeit gibt - die anderen Programme von klimaskepsis-mit-dem-PC benötigen diese Auswahl nicht. Es erscheinen die Steuerdaten.
  6. Nach einem Klick auf den "weiter"-Button liest das Programm die Eingabedaten aus den Dateien "individuendichte_zugewinn.dat" und "ertragszuwachs.dat", bzw. "temp_abweichung.dat", und "meeresspiegel_abweichung.dat".
  7. Dann wird das erste Diagramm erzeugt und als .jpg-Bilddatei abgespeichert, nach einem Mausklick auf das Kreuz am Diagramm oben rechts wird das zweite Diagramm erzeugt und als .jpg-Bilddatei abgespeichert.
  8. Ein weiterer Klick auf das Kreuz am Diagramm oben rechts beendet das Programm.
  9. Im Verzeichnis liegen jetzt die beiden Diagrammdateien und können verglichen werden.
Dokumentation

Archiv python
Hauptprogramm in python
Steuereinheit in python
Datei-einleseeinheit in python
Ausgabeeinheit in python
Steuerdatei
Steuerdatei für Klimadaten
Datei für Froschpopulation
Datei für Papaya-Ertrag
Datei für Temperaturanstieg
Datei für Meeresspiegelanstieg

Nachdem python3 graphik_vergleich_haupt.py steuer_klima.txt in der Konsole eingegeben wurde, erscheinen folgende Diagramme:

Sie sind identisch mit den "Frosch-Papaya-Diagrammen", nur die Beschriftung ist eine andere.

Allerdings können wir mit der Methode "scharfes Hinsehen" nicht zufrieden sein. Es wäre gut, wenn es noch mathematische Methoden gäbe, die z.B. mit einer Zahl eine Korrelation zwischen zwei Zeitreihen anzeigte oder verwürfe. Wir betrachten zuerst den Korrelationskoeffizienten nach Bravais-Pearson.