Kritický přechod - Critical transition

Kritické přechody jsou náhlé posuny ve stavu ekosystémy, klima, finanční systémy nebo jiný komplex dynamické systémy které mohou nastat, když měnící se podmínky projdou kritickým nebo bifurkační bod. Jako takové jsou konkrétním typem posun režimu. Zotavení z těchto posunů může vyžadovat více než jednoduchý návrat k podmínkám, za kterých došlo k přechodu, tzv. Fenomén hystereze.[1][2][3][4]

Signály včasného varování a kritické zpomalení

Grafické znázornění alternativních stabilních stavů a ​​směru kritického zpomalení před kritickým přechodem (převzato z Lever et al. 2020).[5] Horní panely (a) označují krajiny stability za různých podmínek. Střední panely (b) označují rychlosti změny podobné sklonu stabilizačních krajin a spodní panely (c) indikují zotavení z narušení směrem k budoucímu stavu systému (c.I) a jiným směrem (c.II).

Bylo vyvinuto značné úsilí k identifikaci signálů včasného varování o kritických přechodech.[6][7][8][9][10][11][12][13] Systémy blížící se bodu bifurkace vykazují charakteristické chování zvané kritické zpomalení vedoucí ke stále pomalejšímu zotavení z poruch. To zase může vést ke zvýšení (prostorové nebo časové) autokorelace a rozptylu, zatímco rozptylová spektra mají tendenci snižovat frekvence,[7][10][11] a „směr kritického zpomalení“ ve stavovém prostoru systému může naznačovat budoucí stav systému, když jsou slabé zpožděné negativní zpětné vazby vedoucí k oscilační nebo jiné komplexní dynamice.[5] Vědci zkoumali signály včasného varování v jezerech, dynamiku podnebí, potravní sítě, přechody na suchu a útoky epilepsie.[7]

Reference

  1. ^ Scheffer, Marten; Carpenter, Steve; Foley, Jonathan A .; Folke, Carl; Walker, Brian (říjen 2001). „Katastrofální posuny v ekosystémech“. Příroda. 413 (6856): 591–596. Bibcode:2001 Natur.413..591S. doi:10.1038/35098000. ISSN  1476-4687. PMID  11595939.
  2. ^ Scheffer, Marten (26. července 2009). Kritické přechody v přírodě a ve společnosti. Princeton University Press. ISBN  978-0691122045.
  3. ^ Scheffer, Marten; Bascompte, Jordi; Brock, William A .; Brovkin, Victor; Carpenter, Stephen R .; Dakos, Vasilis; Drženo, Hermann; van Nes, Egbert H .; Rietkerk, Max; Sugihara, George (září 2009). „Včasné varovné signály pro kritické přechody“. Příroda. 461 (7260): 53–59. Bibcode:2009Natur.461 ... 53S. doi:10.1038 / nature08227. ISSN  1476-4687. PMID  19727193.
  4. ^ Scheffer, Marten; Carpenter, Stephen R .; Lenton, Timothy M .; Bascompte, Jordi; Brock, William; Dakos, Vasilis; Koppel, Johan van de; Leemput, Ingrid A. van de; Levin, Simon A .; Nes, Egbert H. van; Pascual, Mercedes; Vandermeer, John (19. října 2012). „Předvídání kritických přechodů“. Věda. 338 (6105): 344–348. Bibcode:2012Sci ... 338..344S. doi:10.1126 / science.1225244. ISSN  0036-8075. PMID  23087241.
  5. ^ A b Lever, J. Jelle; Leemput, Ingrid A .; Weinans, Els; Quax, Rick; Dakos, Vasilis; Nes, Egbert H .; Bascompte, Jordi; Scheffer, Marten (2020). „Předvídání budoucnosti vzájemných komunit po zhroucení“. Ekologie Dopisy. 23 (1): 2–15. doi:10.1111 / ele.13401. PMC  6916369. PMID  31707763.
  6. ^ Biggs, R. a kol. (2009) Turning back from the pokraj: Detekce blížícího se posunu režimu v čase, aby se tomu zabránilo. P Natl Acad Sci Usa 106, 826–831
  7. ^ A b C Scheffer, M. a kol. (2009) Včasné varovné signály pro kritické přechody. Příroda 461, 53–59
  8. ^ Contamin, R. a Ellison, A.M. (2009) Indikátory změn režimu v ekologických systémech: Co potřebujeme vědět a kdy to potřebujeme vědět? Ecol. Appl. 19, 799–816
  9. ^ Dakos, V., et al. (2010) Prostorová korelace jako hlavní indikátor katastrofických posunů. Theor Ecol 3, 163–174
  10. ^ A b Dakos, V., et al. (2008) Zpomalení jako signál včasného varování pro náhlá změna klimatu. P Natl Acad Sci Usa 105, 14308–14312
  11. ^ A b van Nes, E.H. a Scheffer, M. (2007) Pomalé zotavení z poruch jako obecný indikátor blízkého katastrofického posunu. Dopoledne. Nat. 169, 738–747
  12. ^ van Nes, E. a Scheffer, M. (2005) Dopady prostorové heterogenity na katastrofické změny režimu v ekosystémech. Ekologie 86, 1797–1807
  13. ^ Hastings, A. a Wysham, D.B. (2010) K posunům režimu v ekologických systémech může dojít bez varování. Ecol Lett, 1–9