相互作用随机 tipping 元素的复杂网络：大系统极限下相分离的协同性
物理与社会
2023-10-25 v2 混沌动力学
大气与海洋物理
摘要
近年来，地球系统中的 tipping 元素因其非线性行为以及突变状态的风险而受到越来越多的科学关注。虽然在较大参数范围内保持稳定，但当接近其 tipping point 时，tipping 元素在额外微小参数变化下会经历状态的剧烈转变。最近，研究焦点扩展到 tipping 元素网络中的涌现行为，例如由局部扰动触发的全局 tipping 级联。在此，我们分析了一个初始处于不稳定平衡状态的系统中单个节点对扰动的响应。该演化通过描述元素分布累积量的耦合非线性方程来刻画。我们表明，作用于单个元素的漂移项和耦合强度中的偏移量在大型网络极限下是次主导的，并且我们推导出了期望（即第一累积量）演化的解析预测。其行为类似于一个单一的聚合 tipping 元素，其特征由一个无量纲参数刻画，该参数考虑了网络规模、整体连通性和平均耦合强度。所得预测与不同规模及不同耦合参数的 Erdős-Rényi、Barabási-Albert 和 Watts-Strogatz 网络的数值数据高度吻合。
引用
@article{arxiv.2104.09299,
title = {Complex networks of interacting stochastic tipping elements: cooperativity of phase separation in the large-system limit},
author = {Jan Kohler and Nico Wunderling and Jonathan F. Donges and Jürgen Vollmer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.09299},
year = {2023}
}