Early warning indicators capture catastrophic transitions driven by explicit rates of environmental change

预警系统 分叉 统计物理学 系列(地层学) 生态学 环境科学 环境变化 常量(计算机编程) 计算机科学 物理 非线性系统 气候变化 地质学 生物 电信 古生物学 量子力学 程序设计语言
作者
Ramesh Arumugam,Frédéric Guichard,Frithjof Lutscher
出处
期刊:Ecology [Wiley]
卷期号:105 (4) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/ecy.4240
摘要

Abstract In response to external changes, ecosystems can undergo catastrophic transitions. Early warning indicators aim to predict such transitions based on the phenomenon of critical slowing down at bifurcation points found under a constant environment. When an explicit rate of environmental change is considered, catastrophic transitions can become distinct phenomena from bifurcations, and result from a delayed response to noncatastrophic bifurcations. We use a trophic metacommunity model where transitions in time series and bifurcations of the system are distinct phenomena. We calculate early warning indicators from the time series of the continually changing system and show that they predict not the bifurcation of the underlying system but the actual catastrophic transition driven by the explicit rate of change. Predictions based on the bifurcation structure could miss catastrophic transitions that can still be captured by early warning signals calculated from time series. Our results expand the repertoire of mechanistic models used to anticipate catastrophic transitions to nonequilibrium ecological systems exposed to a constant rate of environmental change.

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