复杂网络上倾覆级联的动力学

倾覆点出现在生态学、气候科学、经济学或工程学等不同学科的各种系统中。倾覆点是系统参数或状态变量的临界阈值，在此处微小扰动可导致系统的定性改变。许多具有倾覆点的系统可建模为耦合多稳态子系统的网络，例如耦合的植被斑块、相连湖泊、相互作用的气候倾覆要素或多尺度基础设施系统。在此类网络中，一个子系统中的倾覆事件能够通过多米诺效应引发倾覆级联。此处，我们研究网络拓扑对此类级联发生的影响。采用概念性倾覆点动力学模型，在 Erd\H{o}s-R\'enyi、Watts-Strogatz 和 Barab\'asi-Albert 网络上进行了数值级联模拟。此外，我们利用亚马逊雨林水分循环模拟的数据生成更真实的网络，并将结果与模型网络的结果进行比较。我们进一步使用有向配置模型和随机块模型，它们保留了亚马逊网络的某些拓扑性质，以理解这些性质中哪些导致了其增强的脆弱性。我们发现聚类和空间组织增加了网络的脆弱性，并可导致整个网络的倾覆。这些结果可用于评估哪些系统因其网络拓扑而脆弱或稳健，并可能有助于相应地设计或管理系统。