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  How motifs condition critical thresholds for tipping cascades in complex networks: linking micro- to macro-scales

Wunderling, N., Stumpf, B., Krönke, J., Staal, A., Tuinenburg, O. A., Winkelmann, R., & Donges, J. F. (2020). How motifs condition critical thresholds for tipping cascades in complex networks: linking micro- to macro-scales. Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 30(4):, pp. 1-12. doi:10.1063/1.5142827.

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基本情報

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アイテムのパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-000D-8565-B 版のパーマリンク: https://hdl.handle.net/21.11116/0000-000D-8568-8
資料種別: 学術論文

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:
Win038.pdf (出版社版), 2MB
 
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Win038.pdf
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非公開
MIMEタイプ / チェックサム:
application/pdf
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access for institute members (出版社版)
説明:
(last seen: Aug. 2023)
OA-Status:
Closed Access

作成者

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 作成者:
Wunderling, Nico, 著者
Stumpf, Benedikt, 著者
Krönke, Jonathan, 著者
Staal, Arie, 著者
Tuinenburg, Obbe A., 著者
Winkelmann, Ricarda1, 著者           
Donges, Jonathan F., 著者
所属:
1external, Max Planck Institute of Geoanthropology, Max Planck Society, ou_3520819              

内容説明

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キーワード: Nonlinear systems, Climatology, Failure analysis, Erdos-Renyi networks, Network theory, Complex systems theory
 要旨: In this study, we investigate how specific micro-interaction structures (motifs) affect the occurrence of tipping cascades on networks of stylized tipping elements. We compare the properties of cascades in Erdős–Rényi networks and an exemplary moisture recycling network of the Amazon rainforest. Within these networks, decisive small-scale motifs are the feed forward loop, the secondary feed forward loop, the zero loop, and the neighboring loop. Of all motifs, the feed forward loop motif stands out in tipping cascades since it decreases the critical coupling strength necessary to initiate a cascade more than the other motifs. We find that for this motif, the reduction of critical coupling strength is 11% less than the critical coupling of a pair of tipping elements. For highly connected networks, our analysis reveals that coupled feed forward loops coincide with a strong 90% decrease in the critical coupling strength. For the highly clustered moisture recycling network in the Amazon, we observe regions of a very high motif occurrence for each of the four investigated motifs, suggesting that these regions are more vulnerable. The occurrence of motifs is found to be one order of magnitude higher than in a random Erdős–Rényi network. This emphasizes the importance of local interaction structures for the emergence of global cascades and the stability of the network as a whole.

資料詳細

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言語: eng - English
 日付: 2019-12-172020-04-022020-04-242020-04
 出版の状態: 出版
 ページ: 12
 出版情報: -
 目次: -
 査読: 査読あり
 識別子(DOI, ISBNなど): DOI: 10.1063/1.5142827
その他: Win038
 学位: -

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訴訟

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Project information

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出版物 1

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出版物名: Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science
種別: 学術雑誌
 著者・編者:
所属:
出版社, 出版地: Woodbury : American Institute of Physics
ページ: - 巻号: 30 (4) 通巻号: 043129 開始・終了ページ: 1 - 12 識別子(ISBN, ISSN, DOIなど): ISSN: 1089-7682
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/1089-7682