WikiDer > Критический переход

Critical transition

Критические переходы резкие сдвиги в состоянии экосистемы, то климат, финансовые системы или другой сложный динамические системы что может произойти, когда изменяющиеся условия проходят критическое или точка бифуркации. Таким образом, они представляют собой особый тип смена режима. Восстановление после таких сдвигов может потребовать большего, чем просто возврат к условиям, при которых произошел переход, - явление, называемое гистерезис.[1][2][3][4]

Сигналы раннего предупреждения и критическое замедление

Графическое представление альтернативных стабильных состояний и направления критического замедления перед критическим переходом (взято из Lever et al.2020).[5] Верхние панели (а) показывают ландшафты устойчивости в различных условиях. Средние панели (b) показывают скорость изменения, близкую к наклону ландшафтов устойчивости, а нижние панели (c) показывают восстановление после возмущения в направлении будущего состояния системы (c.I) и в другом направлении (c.II).

Были предприняты значительные усилия по выявлению сигналов раннего предупреждения о критических переходах.[6][7][8][9][10][11][12][13] Системы, приближающиеся к точке бифуркации, демонстрируют характерное поведение, называемое критическим замедлением, что приводит к все более медленному восстановлению после возмущений. Это, в свою очередь, может привести к увеличению (пространственной или временной) автокорреляции и дисперсии, в то время как спектры дисперсии имеют тенденцию к более низким частотам,[7][10][11] и «направление критического замедления» в пространстве состояний системы может указывать на будущее состояние системы, когда отложенные отрицательные обратные связи, ведущие к колебательной или другой сложной динамике, являются слабыми.[5] Исследователи изучили сигналы раннего предупреждения в озерах, динамику климата, трофические сети, переходы суши и приступы эпилепсии.[7]

Рекомендации

  1. ^ Шеффер, Мартен; Карпентер, Стив; Фоли, Джонатан А .; Фольке, Карл; Уокер, Брайан (октябрь 2001 г.). «Катастрофические сдвиги в экосистемах». Природа. 413 (6856): 591–596. Bibcode:2001Натура.413..591С. Дои:10.1038/35098000. ISSN 1476-4687. PMID 11595939.
  2. ^ Шеффер, Мартен (26 июля 2009 г.). Критические переходы в природе и обществе. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0691122045.
  3. ^ Шеффер, Мартен; Бакомпте, Хорди; Брок, Уильям А .; Бровкин Виктор; Карпентер, Стивен Р .; Дакос, Василис; Хельд, Германн; van Nes, Egbert H .; Риткерк, Макс; Сугихара, Джордж (сентябрь 2009 г.). «Сигналы раннего предупреждения для критических переходов». Природа. 461 (7260): 53–59. Bibcode:2009Натура 461 ... 53S. Дои:10.1038 / природа08227. ISSN 1476-4687. PMID 19727193.
  4. ^ Шеффер, Мартен; Карпентер, Стивен Р .; Лентон, Тимоти М .; Бакомпте, Хорди; Брок, Уильям; Дакос, Василис; Коппель, Йохан ван де; Лимпут, Ингрид А. ван де; Левин, Саймон А .; Нес, Эгберт Х. ван; Паскуаль, Мерседес; Вандермейер, Джон (19 октября 2012 г.). «Предвидение критических переходов». Наука. 338 (6105): 344–348. Bibcode:2012Sci ... 338..344S. Дои:10.1126 / наука.1225244. ISSN 0036-8075. PMID 23087241.
  5. ^ а б Левер, Дж. Джелле; Leemput, Ingrid A .; Weinans, Els; Quax, Рик; Дакос, Василис; Nes, Egbert H .; Бакомпте, Хорди; Шеффер, Мартен (2020). «Предвидение будущего мутуалистических сообществ после краха». Письма об экологии. 23 (1): 2–15. Дои:10.1111 / ele.13401. ЧВК 6916369. PMID 31707763.
  6. ^ Биггс Р. и др. (2009) Отступая от края пропасти: вовремя обнаруживать надвигающийся сдвиг режима, чтобы предотвратить его. P Natl Acad Sci Usa 106, 826–831
  7. ^ а б c Scheffer, M., et al. (2009) Сигналы раннего предупреждения для критических переходов. Природа 461, 53–59
  8. ^ Контамин, Р., Эллисон, А. (2009) Индикаторы смены режима в экологических системах: что нам нужно знать и когда это нужно знать? Ecol. Appl. 19, 799–816
  9. ^ Дакос В. и др. (2010) Пространственная корреляция как ведущий индикатор катастрофических сдвигов. Theor Ecol 3, 163–174
  10. ^ а б Дакос В. и др. (2008) Замедление как сигнал раннего предупреждения для резкое изменение климата. P Natl Acad Sci Usa 105, 14308–14312
  11. ^ а б ван Нес, Э.Х., и Шеффер, М. (2007) Медленное восстановление после возмущений как общий индикатор ближайшего катастрофического сдвига. Являюсь. Nat. 169, 738–747
  12. ^ ван Нес, Э., и Шеффер, М. (2005) Последствия пространственной неоднородности для катастрофических изменений режима в экосистемах. Экология 86, 1797–1807
  13. ^ Гастингс, А., Уишем, Д. (2010) Смена режима в экологических системах может происходить без предупреждения. Ecol Lett, 1–9