2026/05/04 by Bernd von Mallinckrodt · 1 voice
Environmental Science · Computer Science · Physics and Astronomy · #Ecosystem dynamics and resilience #Seismology and Earthquake Studies #Chaos control and synchronization
paper · doi:10.5281/zenodo.20021119
openalex publication_date 2026/05/04 · openalex created_date 2026/05/05 · openalex updated_date 2026/07/01
Diese Arbeit zeigt anhand eines minimalen zweidimensionalen stochastischen Modells, dass Frühwarnsignale (Early Warning Signals, EWS) wie steigende Varianz und Autokorrelation nicht invariant gegenüber der Wahl der Beobachtung sind. Während ein Eigenmodus des Systems gegen eine kritische Instabilität läuft, bleibt ein orthogonaler Modus stabil. Wird das System entlang des kritischen Modus beobachtet, treten klassische Frühwarnsignale deutlich auf. Erfolgt die Beobachtung hingegen orthogonal dazu, bleiben dieselben Signale trotz identischer Dynamik unsichtbar. Das Ergebnis verdeutlicht, dass die Detektierbarkeit von Frühwarnsignalen nicht allein eine Eigenschaft der Systemdynamik ist, sondern wesentlich von der Projektionsgeometrie der Beobachtung abhängt. Die Abwesenheit von Frühwarnsignalen in einer einzelnen Beobachtung kann daher nicht als verlässlicher Hinweis auf die Abwesenheit einer bevorstehenden kritischen Transition interpretiert werden. Die Arbeit isoliert dieses Problem in seiner einfachsten Form und ordnet es als grundlegende Einschränkung der Beobachtbarkeit in multivariaten Systemen ein. 🔑 Keywords (Deutsch) Frühwarnsignale Kritische Übergänge Projektionsgeometrie Detektierbarkeit Multivariate Systeme Stochastische Dynamik Ornstein-Uhlenbeck-Prozess Autokorrelation Varianz Beobachtbarkeit Systemdynamik 🇬🇧 Description (English) This work demonstrates, using a minimal two-dimensional stochastic model, that early warning signals (EWS) such as increasing variance and autocorrelation are not invariant under the choice of observation. While one eigenmode of the system approaches a critical instability, an orthogonal mode remains stable. When the system is observed along the critical mode, classical EWS emerge clearly. When observed orthogonally, the same signals remain undetectable despite identical underlying dynamics. This result shows that the detectability of early warning signals is not solely a property of the system dynamics but depends fundamentally on the geometry of observation. The absence of EWS in a single observable therefore cannot be taken as reliable evidence for the absence of an approaching critical transition. The paper isolates this effect in its simplest form and frames it as a fundamental limitation of observability in multivariate systems. 🔑 Keywords (English) early warning signals critical transitions projection geometry detectability multivariate systems stochastic dynamics Ornstein-Uhlenbeck process autocorrelation variance observability system dynamics