Steigende Variabilität: ein führender Indikator für ökologische Übergänge

Regimewechsel sind wesentliche, langanhaltende Umorganisationen komplexer Systeme, wie z. B. Ökosysteme. Große Veränderungen in Ökosystemen wie Eutrophierung, Umschichtungen zwischen Vegetationstypen, Degradierung von Korallenriffen und regionale Klimaveränderungen kommen oft überraschend, da uns führende Indikatoren für Regimewechsel fehlen. Es wurde vorgeschlagen, dass eine Zunahme der Variabilität von Ökosystemen möglicherweise ökologische Regimewechsel ankündigt. Es könnte jedoch schwierig sein, Variabilität, die auf einen bevorstehenden Regimewechsel hindeutet, von der Variabilität exogener Einflüsse zu unterscheiden, die das Ökosystem betreffen. Wir haben dieses Problem mithilfe eines Modells der Seeeutrophierung angesprochen. Seen unterliegen Schwankungen im Recycling, die mit Regimewechseln verbunden sind, sowie schwankenden Nährstoffeinträgen. Trotz der Komplikationen durch rauschende Eingaben war eine zunehmende Variabilität des Phosphors im Seewasser vor dem Übergang zu eutrophen Bedingungen erkennbar. Simulationen zeigen, dass ansteigende Standardabweichungen (SD) bevorstehende Wechsel bis zu einem Jahrzehnt im Voraus signalisieren könnten. Die steigende SD wurde durch die Untersuchung der Variabilität um die Vorhersagen eines einfachen Zeitreihenmodells festgestellt und hing nicht von detaillierten Kenntnissen der tatsächlichen Ökosystemdynamik ab.