Смена режима - Википедия - Regime shift

Не путать с Изменение режима.

Смена режима большие, резкие, стойкие изменения в структуре и функции экосистемы, то климат, финансовые системы или другой сложные системы.[1][2][3][4] Режим - это характерное поведение системы, которое поддерживается взаимно усиливаемыми процессами или отзывы. Режимы считаются постоянными относительно периода времени, в течение которого происходит сдвиг. Смена режимов, или сдвиг, обычно происходит при плавном изменении внутреннего процесса (Обратная связь ) или единичное возмущение (внешние шоки) запускает совершенно другое поведение системы.[5][6][7][8] Хотя такие нелинейные изменения широко изучались в различных дисциплинах, от атомов до динамики климата,[9] смены режима приобрели значение в экологии, потому что они могут существенно повлиять на поток экосистемные услуги на что полагаются общества,[4][10] например, обеспечение продуктами питания, чистой водой или регулирование климата. Более того, ожидается, что частота смены режима будет увеличиваться по мере увеличения человеческого влияния на планету. Антропоцен[11] - включая текущие тенденции антропогенного изменение климата и потеря биоразнообразия.[12] Когда смены режима связаны с критическим или точка бифуркации, их также можно назвать критические переходы.[3]

История концепции

Ученые давно интересовались системами, изменяющимися нелинейно. С начала ХХ века математики разработали комплекс концепций и теорий для изучения таких явлений, основанных на изучении динамики нелинейных систем. Это исследование привело к развитию таких концепций, как теория катастроф; филиал теория бифуркации в динамических системах.

В экологии идея систем с множеством режимов, областей притяжения называется альтернативные стабильные состояния, возникла только в конце 60-х гг. на основе первых размышлений о значении стабильности в экосистемах Ричард Левонтин[1] и Кроуфорд "Базз" Холлинг.[2] Первая работа по смене режимов в экосистемах была проведена в разнообразных экосистемах и включала важную работу Ной-Мейра (1975) в системы выпаса;[13] Май (1977 г.) в пастбищных системах, сбор урожая системы, насекомое вредители и хозяевапаразитоид системы;[14] Джонс и Уолтерс (1976) с рыболовство системы;[15] и Ludwig et al. (1978) с насекомым вспышки.[16]

Эти ранние попытки понять смену режимов критиковались за сложность демонстрации би-стабильности, их зависимость от имитационных моделей и отсутствие высококачественных долгосрочных данных.[17] Однако к 1990-м годам было собрано более существенное свидетельство смены режима для водоросли, коралловые рифы, засушливые земли и мелкие озера. Эта работа привела к активизации исследований экологической реорганизации и концептуальному уточнению, что привело к концептуальной основе смены режима в начале 2000-х годов.[5][6][7][8]

Помимо экологии, аналогичные концепции нелинейных изменений были разработаны в других академических дисциплинах. Одним из примеров является исторический институционализм в политическая наука, социология и экономика, где такие понятия, как зависимость пути а критические переходы используются для объяснения явлений, в которых выход системы определяется ее историей или начальными условиями, а области ее притяжения подкрепляются обратными связями. Такое понятие как международные институциональные режимы, социально-технические переходы и возрастающая отдача имеют эпистемологическую основу, аналогичную смене режимов, и используют аналогичные математические модели.

Современные приложения концепции смены режима

В последние десятилетия исследования смены режима выросли в геометрической прогрессии. Научные статьи, представленные Сеть знаний ISI выросла с менее 5 в год до 1990 г. до более 300 в год с 2007 по 2011 г. Однако применение концепций, связанных со сменой режима, все еще оспаривается.

Хотя нет согласия по поводу одного определения, небольшие различия между определениями связаны со значением стабильность - мера того, что такое режим - и смысл резкости. Оба зависят от определения изучаемой системы, поэтому она относительна. В конце концов, это вопрос масштаба. Массовые вымирания смены режима на геологическая шкала времени, пока финансовые кризисы или очаги вредных организмов - это смена режима, требующая совершенно другой настройки параметров.

Чтобы применить эту концепцию к конкретной проблеме, нужно концептуально ограничить диапазон ее динамики, зафиксировав аналитические категории, такие как временные и пространственные масштабы, диапазон вариаций и экзогенный / эндогенный процессы. Например, для океанографов режим должен длиться не менее десятилетий и включать изменчивость климата в качестве движущей силы.[17] за морские биологи режим только пяти лет приемлем и может быть вызван только динамикой населения.[18] Неисчерпывающий перечень текущих определений смены режима в последнее время научная литература из экологии и смежных областей собрана в таблице 1.

Таблица 1. Определения смены режимов и модификаций, использованные для применения концепции к конкретным вопросам исследования из научной литературы, опубликованной в период с 2004 по 2009 год.

ИсточникОпределениеМодификация
Колли и другие. 2004[17]«Три различных типа смены режима (плавный, резкий и прерывистый) определены на основе различных закономерностей во взаимосвязи между реакцией переменной экосистемы (обычно биотической) и некоторым внешним воздействием или условием (регулирующая переменная). Плавный режим сдвиг представляет собой квазилинейную зависимость между реакцией и управляющими переменными. Резкий сдвиг режима демонстрирует нелинейную взаимосвязь между реакцией и управляющими переменными, а прерывистый сдвиг режима характеризуется траекторией переменной реакции, различающейся, когда переменная воздействия увеличивается по сравнению с тем, когда он уменьшается (т.е. возникновение альтернативных «стабильных» состояний) »«Смена режима» здесь считается низко-частота, высоко-амплитуда изменения в океанических условиях, которые могут быть особенно заметны в биологических переменных и распространяться через несколько трофические уровни "
Бакун 2004 (в Колли и др. 2004)«стойкий радикальный сдвиг в типичных уровнях численности или продуктивности множества важных компонентов структуры морского биологического сообщества, происходящий на нескольких трофических уровнях и в географическом масштабе, по крайней мере, в региональном масштабе»
Уокер и Мейерс, 2004 г.[19]«Сдвиг режима, включающий альтернативные стабильные состояния, происходит, когда превышается пороговый уровень управляющей переменной в системе, так что характер и масштабы обратной связи меняются, что приводит к изменению направления ( траектория ) самой системы. Сдвиг происходит, когда внутренние процессы в системе ... изменились, и состояние системы ... начинает меняться в другом направлении, в сторону другого аттрактора ".
Андерсен и др. 2009 г.[20]«сдвиги экологического режима можно определить как резкие изменения на нескольких трофических уровнях, ведущие к быстрой реконфигурации экосистемы между альтернативными состояниями»
Камминг и Норберг, 2008 г.[21]«способность системы внутренне переключаться между различными самоусиливающимися процессами, которые определяют, как функционирует система»
Брок, Карпентер и Шеффер, 2008 г. (Глава 6 в Камминге и Норберге)«Смена режима, существенная реорганизация сложных систем с длительными последствиями ... Смена режима в экологической политике повышает вероятность того, что возрастающие стрессы могут вызвать большие, неожиданные изменения в экосистемных услугах и средствах к существованию людей»
Биггс и другие. 2009[4]«Сдвиги экологического режима - это большие, внезапные изменения в экосистемах, которые длятся значительный период времени ... Сдвиги режима влекут за собой изменения во внутренней динамике и обратных связях экосистемы, которые часто не позволяют ей вернуться к предыдущему режиму, даже если драйвер, который спровоцированный сдвиг сокращается или удаляется ... Сдвиг режима обычно является результатом комбинации постепенных изменений основной движущей переменной (или набора переменных) в сочетании с внешним толчком, таким как буря или же Огонь "«Мы определили смену режима как период, в течение которого ежегодный прирост популяции планктоноядных (F) превышал 10%. В модели смена режима имеет типичную продолжительность ≈15 лет, что отражает правдоподобные ограничения на скорость роста F».
Norström et al. 2009 г.[18]"Определенные условия могут в конечном итоге привести к постоянному альтернативные стабильные состояния (ASS), которые характеризуются другим набором экосистемных процессов, функций и механизмов обратной связи ... ""мы определили фазовые сдвиги как значительное уменьшение кораллового покрова, совпадающее со значительным увеличением некоторых альтернативных вариантов. бентосный организм из-за нарушения пульса или давления, которые сохраняются> 5 лет. Использовалось минимальное время сохранения 5 лет, так как это соответствует временным рамкам исследований, описывающих случаи фазовых сдвигов от кораллов к кораллам. макроводоросль состояния..."
Шеффер (2009)[3]«относительно резкий переход от одного режима к противоположному, где режим - это динамическое« состояние »системы с ее характеристиками, стохастическими флуктуациями и / или циклами»

Теоретические основы

Теоретическая основа для смены режима была разработана на основе математики нелинейных систем. Короче говоря, смена режима описывает динамику, характеризующуюся возможностью того, что небольшое возмущение может привести к большим последствиям. В таких ситуациях общепринятое понятие пропорциональности между входами и выходами системы неверно. И наоборот, концепция смены режима также подчеркивает устойчивость систем - предполагая, что в некоторых ситуациях существенное управление или человеческое воздействие могут иметь незначительное влияние на систему. Сдвиг режима трудно повернуть вспять, а в некоторых случаях он необратим. Концепция смены режима смещает аналитическое внимание от линейности и предсказуемости к реорганизации и неожиданности. Таким образом, концепция смены режима предлагает основу для исследования динамики и причинных объяснений нелинейных изменений в природе и обществе.

Смена режима вызывается либо ослаблением стабилизирующих внутренних процессов - отзывы - или внешними ударами, превышающими стабилизирующую способность системы.

Системы, склонные к смене режима, могут показывать три разных типа изменений: плавные, резкие или прерывистые,[6] в зависимости от конфигурации процессов, которые определяют систему - в частности, взаимодействия между быстрыми и медленными процессами системы. Плавное изменение можно описать квазилинейной зависимостью между быстрыми и медленными процессами; резкое изменение показывает нелинейную зависимость между быстрыми и медленными переменными, в то время как прерывистое изменение характеризуется разницей в траектории быстрой переменной, когда медленная переменная увеличивается, по сравнению с тем, когда она уменьшается.[17] Другими словами, точка, в которой система переключается из одного режима в другой, отличается от точки, в которой система переключается обратно. Системы, демонстрирующие этот последний тип изменений, демонстрируют гистерезис. Гистерезисные системы обладают двумя важными свойствами. Во-первых, обращение прерывистого изменения требует, чтобы система вернулась к условиям, при которых это изменение впервые произошло.[5] Это происходит потому, что системные изменения изменяют процессы обратной связи, которые поддерживают систему в определенном режиме.[22] Во-вторых, гистерезис значительно усиливает роль истории в системе и демонстрирует, что система обладает памятью - в том смысле, что ее динамика формируется прошлыми событиями.

Условия, при которых система переключает свою динамику с одного набора процессов на другой, часто называют порогами. В экологии, например, порог - это точка, при которой происходит резкое изменение качества, свойства или явления экосистемы; или когда небольшие изменения в экологическом драйвере вызывают большую реакцию в экосистеме.[23] Однако пороговые значения являются функцией нескольких взаимодействующих параметров, поэтому они меняются во времени и пространстве. Следовательно, одна и та же система может иметь плавное, резкое или прерывистое изменение в зависимости от конфигурации ее параметров. Однако пороги будут присутствовать только в тех случаях, когда возможно резкое и прерывистое изменение.

Свидетельство

Эмпирические данные все больше дополняют работу на основе моделей о смене режима. Ранняя работа по смене режима в экология был разработан в моделях динамики хищничества, выпаса скота, рыболовства и врезки. С 1980-х годов дальнейшее развитие моделей дополнялось эмпирическими свидетельствами смены режима от экосистемы включая водоросли, коралловые рифы, засушливые земли и озера.

Ученые собрали доказательства смены режима в самых разных экосистемах и в разных масштабах. Например, в местном масштабе одним из лучших задокументированных примеров является посягательство на кусты, который, как считается, следует за динамикой плавного изменения.[7] Посягательство куста относится к небольшим изменениям в показателях травоядности, которые могут привести к переходу засушливых земель от режимов с преобладанием травянистых растений к саваннам с преобладанием древесины. Посягательство документально подтверждено влияние на экосистемные услуги, связанные с разведением крупного рогатого скота во влажных саваннах Африки и Южной Америки.[24][25][26] В региональном масштабе районы тропических лесов в Амазонке и Восточной Азии, как полагают, подвержены риску перехода к режимам саванны, учитывая ослабление обратной связи по рециркуляции влаги, обусловленное вырубка леса.[27][28][29][30][31][32] Переход от леса к саванне потенциально влияет на обеспечение продовольствием, пресной водой, регулирование климата и поддержку биоразнообразия. В глобальном масштабе более быстрое отступление арктического ледяного покрова в летнее время усиливает потепление климата за счет обратной связи альбедо, потенциально влияя на уровень морской воды и регулирование климата во всем мире.

Водные системы были тщательно изучены в поисках смены режима. Озера работают как микрокосмы (почти закрытые системы ), которые в некоторой степени позволяют экспериментировать и собирать данные.[2][33][34] Эвтрофикация - это хорошо задокументированный резкий переход от прозрачной воды к мутному водному режиму, который приводит к цветению токсичных водорослей и снижению продуктивности рыбы в озерах и прибрежных экосистемах.[33][35][36] Эвтрофикация вызывается поступлением питательных веществ, особенно из удобрений, используемых в сельском хозяйстве. Это пример прерывистого изменения с гистерезисом. Как только озеро переходит в режим мутной воды, новая обратная связь по рециркуляции фосфора поддерживает систему в эвтрофном состоянии, даже если поступление питательных веществ значительно сокращается.

Другой пример, широко изучаемый в водных и морских системах, - это трофический уровень снижение пищевые полотна. Обычно это подразумевает переход от экосистем, в которых преобладает большое количество хищная рыба к режиму, в котором преобладают низшие трофические группы, такие как пелагические планкоядные (т.е. медузы).[37][38][39][40][41] Затронутые пищевые сети часто влияют на продуктивность рыболовства, что является основным риском эвтрофикация, гипоксия, вторжение неместных видов и воздействие на рекреационные ценности. Гипоксия, или развитие так называемых зон смерти, - это еще один сдвиг режима в водной и прибрежно-морской средах. Гипоксия, как и эвтрофикация, вызвана поступлением питательных веществ антропогенного происхождения, но также и естественного происхождения в виде апвеллинги. При высоких концентрациях питательных веществ уровень растворенного кислорода снижается, что делает невозможным существование большинства водных организмов.[42] Воздействие на экосистемные услуги включает крах рыболовства и производство токсичных газов для человека.

В морских системах два хорошо изученных смены режима происходят в коралловых рифах и лесах водорослей. коралловые рифы представляют собой трехмерные структуры, которые служат средой обитания для морского биоразнообразия. Рифы с преобладанием твердых кораллов могут перейти в режим, в котором преобладают мясистые водоросли;[43][44][45][46][47] но также сообщалось, что они смещаются в сторону мягких кораллов, кораллиморфариев, пустошей ежей или режима с преобладанием губок.[18][48] Сообщается, что переход коралловых рифов влияет на такие экосистемные услуги, как фиксация кальция, очистка воды, поддержка биоразнообразия, продуктивность рыболовства, защита береговой линии и рекреационные услуги.[49][50] С другой стороны, ламинарии леса высокопродуктивные морские экосистемы, обнаруженные в районах океана с умеренным климатом. В лесах ламинарии обычно преобладают бурые макроводоросли, и в них наблюдается высокий уровень биоразнообразия, обеспечивая экосистемные услуги как для косметической промышленности, так и для рыболовства. Такие услуги существенно сокращаются, когда водоросли переходят в режим бесплодия, в основном из-за сброса питательных веществ с побережья и чрезмерного вылова рыбы. Перелов и чрезмерный вылов краеугольных хищников, таких как морские выдры, применяется сверху вниз давление на систему. Восходящее давление возникает из-за загрязнение питательными веществами.[51][52][53][54][55][56]

Засоление почвы является примером хорошо известного смены режима в наземных системах. Это вызвано удалением глубокой корневой растительности и орошением, что вызывает повышение уровня грунтовых вод и увеличение засоления поверхности почвы. Как только система перевернется, экосистемные услуги, связанные с производством продуктов питания - как сельскохозяйственных культур, так и крупного рогатого скота - значительно сокращаются.[57] Сухая земля деградация, также известный как опустынивание, это хорошо известный, но вызывающий споры тип смены режима. Деградация засушливых земель происходит, когда потеря растительности превращает экосистему из растительности в экосистему, в которой преобладают голые почвы. Хотя было предложено, что этот сдвиг вызван сочетанием земледелия и выпаса скота, утратой полукочевых традиций, расширением инфраструктуры, снижением гибкости управления и другими экономическими факторами, это вызывает споры, поскольку было трудно определить, существует ли действительно, смена режима и водители его вызвали. Например, бедность была предложена как движущая сила деградации засушливых земель, но исследования постоянно находят противоречивые доказательства.[58][59][60][61] Экосистемные услуги, затронутые деградацией засушливых земель, обычно включают низкую продуктивность биомассы, что сокращает объем предоставляемых и поддерживающих услуг для сельского хозяйства и круговорота воды.

Полярные регионы были в центре внимания исследований, изучающих последствия потепления климата. Режимные сдвиги в полярных регионах включают плавление Ледяной покров Гренландии и возможный крах термохалинная циркуляция система. В то время как таяние ледяного покрова Гренландии вызвано глобальным потеплением и угрожает береговой линии всего мира повышением уровня моря, коллапс термохалинной циркуляции вызван увеличением пресной воды в Северной Атлантике, что, в свою очередь, ослабляет плотность воды. транспорт между тропиками и полярными районами.[62][63] Оба изменения режима имеют серьезные последствия для морского биоразнообразия, круговорота воды, безопасности жилья и инфраструктуры и регулирования климата среди других экосистемных услуг.

Обнаружение того, произошла ли смена режима

Используя современные известные статистические методы, такие как среднее стандартные отклонения, Анализ главных компонентов, или же искусственные нейронные сети[64][20] можно определить, произошла ли смена режима. Для такого анализа требуются долгосрочные ряды данных и необходимо преодолеть исследуемый порог.[20] Следовательно, ответ будет зависеть от качества данных; он ориентирован на события и позволяет исследовать только прошлые тенденции.

Некоторые ученые на основе статистического анализа временных рядов утверждали, что определенные явления не соответствуют смене режима.[65][66][67][68] Тем не менее, статистический отказ от гипотезы о том, что система имеет несколько аттракторов, не означает, что нулевая гипотеза верна.[6] Для этого нужно доказать, что система имеет только один аттрактор. Другими словами, свидетельства того, что данные не отражают множественные режимы, не исключают возможность перехода системы к альтернативному режиму в будущем. Более того, при принятии управленческих решений может быть рискованно предполагать, что в системе существует только один режим, когда вероятные альтернативные режимы имеют крайне негативные последствия.[6]

С другой стороны, более актуальный вопрос, чем «произошла ли смена режима?» "склонна ли система к смене режима?". Этот вопрос важен, потому что, даже если они демонстрировали плавное изменение в прошлом, их динамика потенциально может стать резкой или прерывистой в будущем в зависимости от конфигурации его параметров. Такой вопрос исследовался отдельно в разных дисциплинах для разных систем, продвигая вперед разработку методов (например, изменение режима в океане, вызванное климатом).[66] или стабильность пищевых сетей[69][70]) и продолжает вдохновлять на новые исследования.

Границы исследований

Исследования смены режима проводятся в разных экосистемах и в разных масштабах. Новые области исследований включают раннее предупреждение о смене режима и новые формы моделирования.

Сигналы раннего предупреждения и критическое замедление

Графическое представление альтернативных стабильных состояний и направления критического замедления перед критическим переходом (взято из Lever et al.2020).[71] Верхние панели (а) показывают ландшафты устойчивости в различных условиях. Средние панели (b) показывают скорость изменения, аналогичную наклону ландшафтов стабильности, 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 для выявления сигналов раннего предупреждения критические переходы.[4][72][73][74][75][76][77][78] 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 снижению частот.[72][75][76] 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.[71] Исследователи изучили сигналы раннего предупреждения в озерах, динамику климата, пищевые сети, переходы суши и приступы эпилепсии.[72] Остается неясным, насколько хорошо такие сигналы работают при всех сменах режима и дают ли ранние предупреждения достаточно времени для принятия соответствующих управленческих корректировок во избежание смены режима.[73][4] Кроме того, сигналы раннего предупреждения также зависят от интенсивных рядов данных хорошего качества, которые редко встречаются в экологии. Однако исследователи использовали высококачественные данные для прогнозирования изменений режима в экосистеме озера.[79] Изменения пространственных структур как индикатор смены режима также стали предметом исследования.[30][80][81]

Новые подходы к моделированию

Еще одно направление исследований - разработка новых подходов к моделированию. Динамические модели,[82][83] Байесовские сети убеждений,[84] Информация Fisher,[85] и нечеткие когнитивные карты[86] были использованы в качестве инструмента для исследования фазового пространства, в котором возможны смены режимов, и понимания динамики, которая определяет динамические пороги. Модели - это полезные упрощения реальности, пределы которых определяются текущим пониманием реальной системы, а также предположениями разработчика моделей. Следовательно, требуется глубокое понимание причинно-следственных связей и силы обратной связи, чтобы уловить возможную динамику смены режима. Тем не менее такое глубокое понимание доступно только для хорошо изученных систем, таких как мелкие озера. Разработка методов необходима для решения проблемы ограниченных данных временных рядов и ограниченного понимания динамики системы таким образом, чтобы можно было определить основные движущие силы смены режима, а также определить приоритеты вариантов управления.

Другие развивающиеся области

Другие новые области исследований включают роль смены режимов в земной системе, каскадные последствия смены режимов и смены режимов в социально-экологических системах.

Рекомендации

  1. ^ а б Левонтин Р. (1969) Значение стабильности. Брукхейвен Сим Биол, 13
  2. ^ а б c Холлинг, К.С. (1973) Устойчивость и стабильность экологических систем. Ежегодный обзор экологии и систематики 4, 1–23
  3. ^ а б c Шеффер, Мартен (26 июля 2009 г.). Критические переходы в природе и обществе. Издательство Принстонского университета. ISBN  978-0691122045.
  4. ^ а б c d е 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
  5. ^ а б c Scheffer, M., et al. (2001) Катастрофические сдвиги в экосистемах. Природа 413, 591–596
  6. ^ а б c d е Шеффер М. и Карпентер С. (2003) Катастрофические смены режима в экосистемах: связь теории с наблюдениями. Trends Ecol. Evol. 18, 648–656
  7. ^ а б c Folke, C., et al. (2004) Сдвиги режимов, устойчивость и биоразнообразие в управлении экосистемами. Анну. Rev. Ecol. Evol. Syst. 35, 557–581
  8. ^ а б Бейснер, Б. и др. (2003) Альтернативные стабильные состояния в экологии. Передний. Ecol. Environ. 1, 376–382
  9. ^ Фейдель У. (2008) Сложная динамика в мультистабильных системах. Int J Bifurcat Хаос 18, 1607–1626
  10. ^ Оценка экосистем на пороге тысячелетия (2005 г.) Экосистемы и благосостояние человека: синтез биоразнообразия. 87
  11. ^ Steffen, W., et al. (2007) Антропоцен: сейчас люди подавляют великие силы природы. Ambio 36, 614–621
  12. ^ Rockström, J., et al. (2009) Безопасное рабочее пространство для человечества. Природа 461, 472–475
  13. ^ Ноймейр И. (1975) Устойчивость пастбищных систем - применение графов хищник-жертва. Журнал экологии 63, 459–481
  14. ^ Мэй, Р. (1977) Пороги и точки останова в экосистемах с множеством стабильных состояний. Природа 269, 471–477
  15. ^ Джонс, Д.Д., Уолтерс, К.Дж. (1976) Теория катастроф и регулирование рыболовства. Журнал Совета по исследованиям рыболовства Канады 33, 2829–2833
  16. ^ Людвиг Д. и др. (1978) Качественный анализ систем очагов насекомых - еловая почка и лес. J. Anim. Ecol. 47, 315–332
  17. ^ а б c d Колли, Дж. И др. (2004) Смена режима: может ли экологическая теория пролить свет на механизмы? Прог. Oceanogr. 60, 281–302
  18. ^ а б c Norström, A., et al. (2009) Альтернативные состояния на коралловых рифах: за пределами фазовых сдвигов кораллы – макроводоросли. Mar. Ecol. Прог. Сер. 376, 295–306
  19. ^ Уокер Б. и Мейерс Дж. (2004) Пороги в экологических и социолэкологических системах: развивающаяся база данных. Ecol. Soc. 9, 3
  20. ^ а б c Андерсен Т. и др. (2009) Экологические пороги и смены режимов: подходы к идентификации. Trends Ecol. Evol. 24, 49–57
  21. ^ Норберг, Дж., И Камминг, Г.С. (2008) Теория сложности для устойчивого будущего. Columbia University Press
  22. ^ Майер А. и Риткерк М. (2004) Концепция динамического режима для управления и восстановления экосистемы. Бионаука 54, 1013–1020
  23. ^ Гроффман П. и др. (2006) Экологические пороги: ключ к успешному управлению окружающей средой или важная концепция, не имеющая практического применения? Экосистемы 9, 1–13
  24. ^ Roques, K., et al. (2001) Динамика посягательства кустарников в африканской саванне: относительное влияние огня, травоядности, дождя и зависимости от плотности. J Appl Ecol 38, 268–280
  25. ^ Anderies, J., et al. (2002) Управление пастбищами, устойчивость и динамика системы пастбищных угодий, управляемых пожарами. Экосистемы 5, 23–44
  26. ^ Wiegand, K., et al. (2006) Подход динамики участков к динамике саванны и посягательству древесных растений - Взгляд из засушливой саванны. Perspect Plant Ecol 7, 229–242
  27. ^ Бонан, Г.(2008) Леса и изменение климата: силы, обратная связь и климатические преимущества лесов. Наука 320, 1444–1449
  28. ^ Деккер, С.С. и др. (2010) Биогеофизические обратные связи вызывают сдвиги в смоделированной системе растительность-атмосфера во многих масштабах. Биогеонауки 7, 1237–1245
  29. ^ Деккер, С.С. и др. (2007) Объединение микромасштабных обратных связей между растительностью и почвой и осадками на макроуровне в полузасушливый экосистемы. Биология глобальных изменений 13, 671–678
  30. ^ а б Rietkerk, M., et al. (2004) Самоорганизованная мозаичность и катастрофические сдвиги в экосистемах. Наука 305, 1926–1929
  31. ^ Да Силва, Р. и др. (2008) Региональные воздействия будущих изменений растительного покрова на климат влажного сезона бассейна Амазонки. J Климат 21, 1153–1170
  32. ^ Ояма, М., и Нобре, К. (2003) Новое состояние равновесия климата и растительности для тропической Южной Америки. Geophys Res Lett 30, 2199
  33. ^ а б Карпентер, С., Кинн, О. (2003) Сдвиги режима в озерных экосистемах: характер и вариации. Институт экологии
  34. ^ Шеффер, М., и Ван Нес, Э. (2004) Механизмы сдвига морского режима: можем ли мы использовать озера в качестве микрокосмов для океанов? Прог. Oceanogr. 60, 303–319
  35. ^ Карпентер, С.Р., Латроп, Р.С. (2008) Вероятностная оценка порога эвтрофикации. Экосистемы 11, 601–613
  36. ^ Карпентер, С.Р. и др. (1999) Управление эвтрофикацией озер, подверженных потенциально необратимым изменениям. Ecol. Appl. 9, 751–771
  37. ^ Даскалов Г.М. и др. (2007) Трофические каскады, вызванные перелов выявить возможные механизмы смены режима экосистемы. P Natl Acad Sci Usa 104, 10518–10523
  38. ^ Франк, К.Т. и др. (2005) Трофические каскады в экосистеме, где раньше доминировала треска. Наука 308, 1621–1623
  39. ^ Джексон, Дж. И др. (2001) Исторический перелов и недавний крах прибрежных экосистем. Наука 293, 629–638
  40. ^ Pace, M., et al. (1999) Трофические каскады, выявленные в разнообразных экосистемах. Trends Ecol. Evol. 14, 483–488
  41. ^ Поли, Д., и Паломарес, М. (2005) Вылов рыбы в морской трофической сети: это гораздо более распространенное явление, чем мы думали. Бык. Mar. Sci. 76, 197–211
  42. ^ Диас, Р.Дж., и Розенберг, Р. (2008) Расширение мертвых зон и последствия для морских экосистем. Наука 321, 926–929
  43. ^ Hoegh-Guldberg, O., et al. (2007) Коралловые рифы в условиях быстрого изменения климата и закисления океана. Наука 318, 1737–1742
  44. ^ Ноултон, Н. (2004) Множественные «стабильные» состояния и сохранение морских экосистем. Прог. Oceanogr. 60, 387–396
  45. ^ Ноултон, Н. (1992) Пороги и множественные стабильные состояния в динамике сообществ коралловых рифов. Am Zool 32, 674–682
  46. ^ Hughes, T., et al. (2010) Принятие решения по поддержанию устойчивости коралловых рифов. Trends Ecol. Evol.
  47. ^ Bellwood, D., et al. (2004) Противостояние кризису коралловых рифов. Природа 429, 827–833
  48. ^ Нистрем М. и Фолке К. (2001) Пространственная устойчивость коралловых рифов. Экосистемы 4, 406–417
  49. ^ Hoegh-Guldberg, O., et al. (2007) Коралловые рифы в условиях быстрого изменения климата и закисление океана. Наука 318, 1737–1742
  50. ^ Моберг Ф. и Фолке К. (1999) Экологические товары и услуги экосистем коралловых рифов. Экологическая экономика 29, 215–233
  51. ^ Горман, Д. и др. (2009) Связь между сушей и морем: связь антропогенных земных субсидий с сублиторальными изменениями среды обитания на открытых скалистых побережьях. Ecol. Appl. 19, 1114–1126
  52. ^ Lauzon-Guay, J.-S., et al. (2009) Моделирование фазовых сдвигов в каменистой сублиторальной экосистеме. Мар Экол-Прог Сер 375, 25–39
  53. ^ Ling, S., et al. (2009) Чрезмерный вылов рыбы снижает устойчивость зарослей водорослей к катастрофическому фазовому сдвигу, обусловленному климатом. P Natl Acad Sci Usa 106, 22341–22345
  54. ^ Steneck, R., et al. (2004) Ускорение дисфункции на трофическом уровне в экосистемах ламинарии в западной части Северной Атлантики. Экосистемы 7, 323–332
  55. ^ Конар Б. и Эстес Дж. (2003) Стабильность пограничных областей между слоями водорослей и обезлесенными территориями. Экология 84, 174–185
  56. ^ Steneck, R., et al. (2002) Лесные экосистемы водорослей: биоразнообразие, стабильность, устойчивость и будущее. Environ. Консерв. 29, 436–459
  57. ^ Андерис, Дж; Райан, Пи Б. Уокер. 2006. Утрата устойчивости, кризис и институциональные изменения: уроки интенсивной сельскохозяйственной системы в Юго-Восточной Австралии. Экосистемы 9 (6) 865:878
  58. ^ Reynolds, J., et al. (2007) Глобальное опустынивание: создание науки для развития засушливых земель. Наука 316, 847
  59. ^ Гейст, Х., Ламбин, Э. (2004) Динамические причинные закономерности опустынивания. Бионаука 54, 817–829
  60. ^ Гейст, Х., и Ламбин, Э. (2002) Непосредственные причины и основные движущие силы обезлесения в тропиках. Бионаука 52, 143–150
  61. ^ Lambin, E., et al. (2001) Причины изменения землепользования и земного покрова: выход за рамки мифов. Global Environ Chang 11, 261–269
  62. ^ Грин, C.H., et al. (2008) Изменение климата Арктики и его влияние на экологию Северной Атлантики. Экология 89, S24 – S38
  63. ^ Hátún, H., et al. (2005) Влияние атлантического субполярного круговорота на термохалинную циркуляцию. Наука 309, 1841–1844
  64. ^ Sonderegger, D.L., et al. (2009) Использование SiZer для определения пороговых значений в экологических данных. Передний. Ecol. Environ. 7, 190–195
  65. ^ Feng, J.F., et al. (2006) Альтернативные аттракторы в морских экосистемах: сравнительный анализ эффектов рыболовства. Экологическое моделирование 195, 377–384
  66. ^ а б Overland, J., et al. (2008) Изменения режима в северной части Тихого океана: определения, проблемы и недавние изменения. Прог. Oceanogr. 77, 92–102
  67. ^ Ротшильд Б. и Шеннон Л. (2004) Смена режима и управление рыболовством. Прог. Oceanogr. 60, 397–402
  68. ^ Хилборн Р. (2007) Переосмысление состояния рыболовства и управления им. Экосистемы 10, 1362–1369
  69. ^ Стоуфер Д. и Бакомпт Дж. (2010) Понимание устойчивости трофической сети от локального до глобального масштаба. Ecol Lett 13, 154–161
  70. ^ Bastolla, U., et al. (2009) Архитектура мутуалистических сетей сводит к минимуму конкуренцию и увеличивает биоразнообразие. Природа 458, 1018 – U1091
  71. ^ а б Lever, J. Jelle; 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.
  72. ^ а б c Scheffer, M., et al. (2009) Сигналы раннего предупреждения для критических переходов. Природа 461, 53–59
  73. ^ а б 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
  74. ^ Дакос В. и др. (2010) Пространственная корреляция как ведущий индикатор катастрофических сдвигов. Theor Ecol 3, 163–174
  75. ^ а б Дакос В. и др. (2008) Замедление как сигнал раннего предупреждения для резкое изменение климата. P Natl Acad Sci Usa 105, 14308–14312
  76. ^ 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
  77. ^ ван Нес, Э., и Шеффер, М. (2005) Последствия пространственной неоднородности для катастрофических изменений режима в экосистемах. Экология 86, 1797–1807
  78. ^ Гастингс, А., Уишем, Д. (2010) Смена режима в экологических системах может происходить без предупреждения. Ecol Lett, 1–9
  79. ^ Карпентер, С. Р. и др. Ранние предупреждения о смене режима: эксперимент всей экосистемы. Наука 332, 1079–1082 (2011).
  80. ^ Eppinga, M.B., et al. (2009) Связь изменения среды обитания с катастрофическими сдвигами и растительностью на болотах. Завод Ecol 200, 53–68
  81. ^ Rietkerk, M., et al. (2002) Самоорганизация растительности в аридных экосистемах. Am Nat 160, 524–530
  82. ^ Гунеральп Б. и Барлас Ю. (2003) Динамическое моделирование мелкого пресноводного озера для обеспечения экологической и экономической устойчивости. Экологическое моделирование 167, 115–138
  83. ^ Saysel, A.K., Barlas, Y. (2001) Динамическая модель засоления орошаемых земель. Экологическое моделирование 139, 177–199
  84. ^ Wooldridge, S., et al. (2005) Предвестники устойчивости коралловых сообществ в условиях потепления: сетевой подход. Мар Экол-Прог Сер 295, 157–169
  85. ^ Карунанити, A.T., et al. (2008) Обнаружение и оценка изменений режима экосистемы на основе информации Fisher. Ecol. Soc. 13, 15
  86. ^ Кок, К. (2009) Потенциал нечетких когнитивных карт для разработки полуколичественных сценариев на примере Бразилии. Глобальное изменение окружающей среды 19, 122–133