정권교체

정권 교체는 생태계, 기후, 금융 시스템 또는 다른 복잡한 시스템의 구조와 기능에 있어서 크고, 갑작스럽고, 지속적인 변화다.^[1][2][3][4] 체제는 상호 강화되는 프로세스나 피드백에 의해 유지되는 시스템의 특징적인 행동이다. 정권들은 그 변화가 일어나는 기간과 비교해서 지속적인 것으로 간주된다. 정권 교체, 즉 시프트는 대개 내부 프로세스(피드백)나 단일 교란(외부 충격)의 매끄러운 변화가 완전히 다른 시스템 동작을 촉발할 때 발생한다.^[5][6][7][8] 이러한 비선형적 변화는 원자에서 기후역학까지 다양한 분야에서 광범위하게 연구되어 왔지만,^[9] 체제변동은 생태계에서 중요한 의미를 갖게 되었다. 왜냐하면 그것들이 식량 공급, 깨끗한 물 또는 기후 규제와 ^[4][10]같이 사회가 의존하는 생태계 서비스의 흐름에 실질적으로 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 게다가, 인간이 유발한 기후 변화와 생물 다양성 손실에 대한 현재의 추세를 포함하여 지구에^[11] 대한 인간의 영향력이 증가함에 따라, 정권 교체의 발생은 증가할 것으로 예상된다.^[12] 정권 교체가 임계 또는 분기점과 관련되는 경우, 이를 임계 전환이라고도 할 수 있다.^[3]

개념의 역사

학자들은 오랫동안 비선형 변화를 보여주는 시스템에 관심을 가져왔다. 20세기 초부터 수학자들은 비선형 시스템 역학 연구에 기초하여 그러한 현상을 연구하기 위한 개념과 이론의 본체를 개발하였다. 이 연구는 역동적인 시스템에서 분기 이론의 한 분야인 재앙 이론과 같은 개념의 개발을 이끌었다.

생태학에서 대체 안정국이라고 불리는 여러 체제를 가진 시스템의 개념은, 리차드 레원틴과^[1] 크로포드 "버즈" 홀링에 의한 생태계의 안정성의 의미에 대한 최초의 성찰에 기초하여 60년대 후반에야 생겨났다.^[2] 생태계에서 정권 교대로 첫번째 임무 생태계의 다양성과 방목 시스템에 Noy-Meir(1975년)에 의해 중요한 일을 포함했다;[13]방목 시스템에서, 시스템, 곤충 역병 및host-parasitoid 시스템을 수확하거나(1977년),[14]존스와 월터스 어업 시스템과(1976년), 곤충의 발발과 함께[15]과(알.(1978년) 했다.s.[16]

이러한 정권 교체를 이해하려는 초기 노력은 이중성을 입증하기 어렵고 시뮬레이션 모델에 대한 의존도, 고품질 장기 데이터가 부족하다는 비판을 받았다.^[17] 그러나 1990년대까지 다시마 숲, 산호초, 건조지, 얕은 호수에 대한 정권 교체의 보다 실질적인 증거가 수집되었다. 이 작업은 2000년대 초반에 있었던 정권교체 개념체계의 결과물인 생태적 개편에 대한 연구 활성화와 개념적 명확화로 이어졌다.^[5][6][7][8]

생태학 외에 다른 학문 분야에서도 유사한 비선형 변화의 개념이 개발되었다. 한 예로 정치학, 사회학, 경제학의 역사적 제도주의를 들 수 있는데, 여기서 경로 의존성, 비판적 관계와 같은 개념을 사용하여 시스템의 산출물이 그 역사나 초기 조건에 의해 결정되는 현상, 그리고 그 매력 영역이 피드백에 의해 강화되는 현상을 설명한다. 국제 제도 체제, 사회-기술적 전환 및 수익 증가와 같은 개념은 체제 이동과 유사한 인식론적 기반을 가지며, 유사한 수학적 모델을 활용한다.

정권교체 개념의 현재 적용

지난 수십 년간, 정권 교체에 대한 연구는 기하급수적으로 증가했다. ISI Web of Knowledge가 보도한 학술논문은 1990년 이전 연간 5개 미만에서 2007년부터 2011년까지 연간 300개 이상으로 증가했다. 그러나 정권교체 관련 개념의 적용은 여전히 논쟁의 여지가 있다.

비록 한 가지 정의에 대한 합의는 없지만, 정의들 간의 약간의 차이는 안정의 의미, 즉 정권이 무엇인지에 대한 측정과 갑작스러움의 의미에 있다. 둘 다 연구 중인 시스템의 정의에 의존하므로 상대적이다. 결국 그것은 규모의 문제다. 대량 멸종은 지질학적 시간 규모의 정권 교대인 반면, 재정 위기나 해충 발생은 전혀 다른 변수 설정이 필요한 정권 교대다.

특정 문제에 개념을 적용하기 위해서는 시간과 공간의 척도, 변동의 범위, 외생적/내생적 과정과 같은 분석적 범주를 고정함으로써 개념적으로 그 역동성의 범위를 제한해야 한다. 예를 들어, 해양학자의 경우, 정권은 적어도 수십 년 동안 지속되어야 하고, 운전자로서 기후의 가변성을 포함해야 하지만,^[17] 5년밖에 되지 않는 해양 생물학자 체제는 허용될 수 있고, 인구 역학 만으로 유도될 수 있다.^[18] 생태학 및 연합 분야로부터의 최근의 과학 문헌에서 체제 이동에 대한 현재의 정의에 대한 비소진 범위는 표 1에 정리되어 있다.

표 1. 2004년과 2009년 사이에 발표된 과학 문헌의 특정 연구 문제에 개념을 적용하는 데 사용된 정권 교체와 수정의 정의.

이론적 근거

정권 교체를 위한 이론적 근거는 비선형 시스템의 수학에서 개발되었다. 요컨대, 정권 교체는 작은 교란이 큰 효과를 낼 수 있는 가능성에 의해 특징지어지는 역동성을 묘사한다. 그러한 상황에서 시스템의 입력과 출력 사이의 비례성에 대한 일반적인 개념은 부정확하다. 반대로, 정권교체 개념은 또한 시스템의 복원력을 강조한다 – 어떤 상황에서는 실질적인 관리나 인적 영향이 시스템에 거의 영향을 미치지 않을 수 있음을 시사한다. 정권교체는 되돌리기 어렵고 경우에 따라서는 돌이킬 수 없는 것이다. 정권 교체 개념은 분석적 관심을 선형성과 예측 가능성에서 벗어나 조직 개편과 놀라움으로 이동시킨다. 따라서 정권 교대 개념은 자연과 사회의 비선형적 변화에 대한 역학관계와 인과적 설명을 탐구하는 틀을 제공한다.

체제 변화는 내부 프로세스( 피드백)의 안정화 약화 또는 시스템의 안정화 용량을 초과하는 외부 충격에 의해 촉발된다.

정권 교체가 쉬운 시스템은 시스템을 정의하는 프로세스의 구성에 따라 ^[6]세 가지 다른 유형의 변화, 즉 특히 시스템의 빠른 프로세스와 느린 프로세스 간의 상호작용을 나타낼 수 있다. 부드러운 변화는 빠른 공정과 느린 공정 사이의 준선형 관계에 의해 설명될 수 있다; 갑작스러운 변화는 빠른 변수와 느린 변수의 비선형 관계를 보여주는 반면, 불연속적인 변화는 감소할 때와 비교하여 느린 변수의 궤적이 증가할 때 빠른 변수의 궤적이 차이 나는 것이 특징이다.^[17] 정권이 바뀌면 정권이 뒤바뀌는 지점과 정권이 뒤바뀌는 지점이 다르다는 얘기다. 이러한 마지막 유형의 변화를 보여주는 시스템은 이력(hysteresis)을 나타낸다. 이력계는 두 가지 중요한 특성을 가지고 있다. 첫째로, 불연속적 변화의 반전은 시스템 변경이 처음 발생한 조건을 지나 다시 이루어지도록 요구한다.^[5] 이는 시스템 변화가 특정 체제에서 시스템을 유지하는 피드백 프로세스를 변경하기 때문에 발생한다.^[22] 둘째로, 이력서는 시스템에서 역사의 역할을 크게 향상시키고, 시스템의 역학이 과거의 사건에 의해 형성된다는 점에서 그 시스템이 기억을 가지고 있다는 것을 증명한다.

시스템이 한 프로세스 집합에서 다른 프로세스 집합으로 그것의 역학을 이동하는 조건을 종종 임계값이라고 부른다. 예를 들어 생태계에서 문턱은 생태계의 질, 속성 또는 현상에 급격한 변화가 있거나 환경 동인의 작은 변화가 생태계에서 큰 반응을 일으키는 지점이다.^[23] 그러나 임계값은 여러 상호 작용하는 매개변수의 함수여서 시간과 공간에서 변한다. 따라서 동일한 시스템은 매개변수의 구성에 따라 부드럽고, 갑작스럽거나, 불연속적인 변화를 나타낼 수 있다. 그러나 임계치는 갑작스럽고 불연속적인 변경이 가능한 경우에만 존재할 것이다.

증거

경험적 증거는 정권 교체를 기반으로 한 모델 작업을 점점 더 완성해 왔다. 생태계의 정권 교체에 대한 초기 작업은 포식, 방목, 어업, 내부 발생 역학관계 모델에서 개발되었다. 1980년대 이후 다시마 숲, 산호초, 건조지, 호수 등 생태계로부터 체제 이동을 위한 실증적 증거로 모델의 추가 개발이 보완되었다.

학자들은 광범위한 생태계와 다양한 규모에 걸친 정권 교체를 위한 증거를 수집해 왔다. 예를 들어, 현지 규모에서 가장 잘 문서화된 예들 중 하나는 부시 침해를 들 수 있는데, 이는 부드러운 변화 역학을 따르는 것으로 생각된다.^[7] 부시 침해를 언급하는 것은 건조한 지역을 풀밭이 지배하는 정권에서 나무가 지배하는 사바나로 바꿀 수 있는 초식적인 비율의 작은 변화를 말한다. 침해가 아프리카와 남아메리카의 젖은 사바나에서 목축하는 소와 관련된 생태계 서비스에 영향을 미친다는 것이 문서화되었다.^[24][25][26] 지역적 규모에서 아마존과 동아시아의 열대우림 지역은 삼림 벌채에 의해 추진되는 수분 재활용 피드백의 약화를 고려할 때 사바나 정권으로 옮겨갈 위험이 있는 것으로 생각된다.^{[27][28][29][30][31][32]} 숲에서 사바나로 이동하는 것은 잠재적으로 식량, 담수, 기후 규제, 생물 다양성 지원에 영향을 미칠 수 있다. 지구영역에서 여름철 북극 빙상의 퇴각 속도가 빨라질수록 알베도 피드백을 통해 기후온난화를 강화하고 있어 전 세계 해수면 및 기후규제에도 영향을 미칠 가능성이 있다.

수생 체계는 정권 교체를 모색하는 과정에서 집중적으로 연구되어 왔다. 호수는 어느 정도 실험과 데이터 수집을 허용하는 거의 폐쇄적인 시스템(microcosm)과 같이 작용한다.^[2][33][34] 어영양화는 맑은 물에서 탁한 물 체제로의 문서화된 갑작스러운 변화로 독성 녹조 및 호수 및 연안 생태계의 어류 생산성 저하를 초래한다.^[33][35][36] 영양분 섭취, 특히 농업에 사용되는 비료에서 나오는 영양분 섭취에 의해 영양분 섭취가 촉진된다. 그것은 이력(hysteresis)과 함께 불연속적인 변화의 한 예다. 일단 호수가 흐릿한 물체 상태로 전환되면, 인의 재활용에 대한 새로운 피드백은 영양소 투입이 현저히 감소하더라도 시스템을 영농상태로 유지시킨다.

수중과 해양 시스템에서 널리 연구되고 있는 또 다른 예는 먹이 그물의 영양 수준 감소다. 그것은 대개 많은 수의 포식성 물고기가 지배하는 생태계에서 펠릭 플랑크티보어(즉, 해파리)와 같은 영양이 낮은 집단이 지배하는 체제로의 전환을 암시한다.^{[37][38][39][40][41]} 영향을 받는 먹이사슬은 종종 어업 생산성에 영향을 미치고, 어영양화, 저산소증, 비원종의 침입과 오락적 가치에 영향을 미친다. 저산소증, 즉 소위 죽음의 구역의 발달은 수생과 해양의 공동 환경에서의 또 다른 정권 교체다. 저산소증은 유체화(eutropositionation)와 유사하게, 인공적인 기원의 영양소 투입에 의해서도 추진되며, 또한 상승의 형태로도 자연적인 기원에 의해서도 추진된다. 높은 영양소 농도에서는 용존 산소 농도가 감소하여 대다수의 수생 유기체들이 생명을 구할 수 없게 된다.^[42] 생태계 서비스에 미치는 영향으로는 어업 붕괴와 인간에 대한 유독가스 생산 등이 있다.

해양 시스템에서는 산호초와 다시마 숲에서 두 가지 잘 연구된 정권 교체가 일어난다. 산호초는 해양 생물다양성의 서식지 역할을 하는 3차원 구조물이다. 산호가 지배하는 단단한 산호초는 살찐 해조류가 지배하는 정권으로 바뀔 수 있지만,^{[43][44][45][46][47]} 산호초, 산호초, 성게 불모지나 스폰지가 지배하는 정권으로 옮겨갈 수도 있다는 보고도 있다.^[18][48] 산호초 전환은 칼슘 고정, 물 정화, 생물 다양성 지원, 수산 생산성, 해안선 보호, 레크리에이션 서비스와 같은 생태계 서비스에 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다.^[49][50] 반면 다시마 숲은 해양의 온대 지역에서 발견되는 생산성이 높은 해양 생태계다. 다시마 숲은 갈색 매크로가 특징적으로 지배하고 있으며 높은 수준의 생물다양성을 보유하고 있어 화장품 산업과 수산 모두에 공급 생태계 서비스를 제공한다. 이러한 서비스는 다시마 숲이 주로 해안에서 영양분을 방출하고 남획에 의해 추진되는 척박한 정권으로 이동할 때 실질적으로 감소된다. 해달과 같은 키스톤 포식자의 남획과 남획은 시스템에 상하의 압력을 가한다. 상향 압력은 영양소 오염으로 발생한다.^{[51][52][53][54][55][56]}

토양살인은 지상 시스템에서 잘 알려진 정권교체의 한 예다. 토양수표의 고도화와 토양표면 염도 증가를 유발하는 깊은 뿌리 식생과 관개 제거에 의해 추진된다. 일단 시스템이 실패하면, 식량 생산과 관련된 생태계 서비스인 작물과 소는 모두 현저하게 감소한다.^[57] 사막화로도 알려진 건조지붕괴는 잘 알려져 있지만 논란의 여지가 있는 형태의 정권 교체다. 건조지 파괴는 식물의 손실이 생태계를 식물인간에서 맨땅 토양이 지배하는 것으로 변화시킬 때 발생한다. 이러한 변화는 농업과 소의 방목, 반노마드 전통의 상실, 기반시설의 확충, 경영 유연성 저하 등 경제적 요인에 의해 추진될 것으로 제안되어 왔지만, 실제로 정권 교체가 있는지, 또 어떤 운전자에게 cau가 있는지 판단하기 어려웠기 때문에 논란이 되고 있다.예를 들어, 빈곤은 건조한 토지 파괴의 동인으로 제안되어 왔지만, 연구는 계속해서 모순된 증거를 발견한다.^{[58][59][60][61]} 건지면적 저하의 영향을 받는 생태계 서비스에는 대개 낮은 바이오매스 생산성이 포함되어 있어 농업과 물 순환을 위한 공급과 지원 서비스가 감소한다.

극지방은 기후 온난화의 영향을 조사하는 연구에 집중되어 왔다. 극지방의 정권 교체에는 그린란드 빙상의 용해와 열핵 순환계의 붕괴 가능성 등이 포함된다. 그린란드 빙상의 용해는 지구 온난화에 의해 추진되고 해수면 상승으로 전 세계 해안선을 위협하지만, 열전염 순환의 붕괴는 북대서양에서 민물이 증가하여 열대 지역과 극지방 사이의 밀도 주도적인 물 수송을 약화시킨다.^[62][63] 두 정권 교체는 해양 생물다양성, 수상 자전거 타기, 주택 및 기반시설의 보안, 그리고 다른 생태계 서비스들 중 기후 규제에 심각한 영향을 미친다.

정권 교체가 발생했는지 여부 탐지

평균 표준 편차, 주성분 분석, 인공신경망^[64][20] 등 현재 잘 알려진 통계적 방법을 사용하면 정권 교체가 일어났는지 여부를 감지할 수 있다. 이러한 분석에는 장기 데이터 시리즈가 필요하며 연구 대상 임계값을 교차해야 한다.^[20] 따라서, 대답은 데이터의 품질에 따라 달라질 것이다; 그것은 사건 중심적이며 단지 과거의 경향을 탐구할 수 있을 뿐이다.

일부 학자들은 시계열의 통계적 분석을 근거로 특정 현상이 정권 교체에 해당하지 않는다고 주장해 왔다.^{[65][66][67][68]} 그럼에도 불구하고, 시스템에 다수의 유인이 있다는 가설에 대한 통계적 거부로 귀무 가설이 사실임을 의미하지는 않는다.^[6] 그렇게 하기 위해서는 시스템이 단지 하나의 유인원을 가지고 있다는 것을 증명해야 한다. 즉, 데이터가 여러 체제를 나타내지 않는다는 증거는 시스템이 향후 대체 체제로 전환될 가능성을 배제하지 않는다. 더욱이 경영진의 의사결정에 있어서는 그럴듯한 대안정권이 부정적인 결과를 매우 많이 가져올 때, 시스템이 하나의 체제만을 가지고 있다고 가정하는 것은 위험할 수 있다.^[6]

반면 '정권교체가 발생했느냐'보다 더 관련성이 높은 질문은 '체제가 정권교체를 하기 쉬운가'이다. 이 질문은 중요한데, 그들이 과거에 부드러운 변화를 보였다고 하더라도, 그들의 역학은 매개변수의 구성에 따라 미래에 갑작스럽거나 불연속적일 수 있기 때문이다. 이러한 질문은 여러 시스템에 대한 여러 분야에서 별도로 탐구되어, 개발 방법(예^[66]: 해양에서의 기후 주도 체제 변화 또는 먹이 그물의^[69][70] 안정성)을 추진하고 새로운 연구를 지속적으로 고무시키고 있다.

연구 프런티어

정권교체 연구는 여러 생태계를 넘나들며 여러 규모에서 이뤄지고 있다. 새로운 연구 분야에는 정권 교체에 대한 조기 경고와 새로운 형태의 모델이 포함된다.

조기 경고 신호 및 중요 감속

중대한 전환의 조기경보 신호를 식별하기 위해 상당한 노력을 기울였다.^{[4][72][73][74][75][76][77][78]} 분기점에 접근하는 시스템은 임계 감속이라고 불리는 특징적인 행동을 보여줌으로써 점점 더 느린 섭동 회복으로 이어진다. 반면 가변성 스펙트럼 임계'시스템의 상태 공간에서 인기가 식frequencies[72][75][76]고 'direction을 낮추는 데 지연이 부정적인 작용 또는 다른 진동하는 복합적으로 작용해 시스템의 미래의 모습을 의심할 수 있는 경향이 있차례로, 이것은(또는 시간 공간)자기 상관과 가변성의 증가로 이어질 수 있다.s 약하다.[71] 연구원들은 호수, 기후 역학, 먹이 그물, 마른 땅의 변화, 간질병의 초기 경고 신호를 연구했다.^[72] 그러한 신호가 모든 정권 교체를 위해 얼마나 잘 작동하는지, 그리고 조기 경고가 그 교체를 피하기 위해 적절한 경영 수정을 취할 수 있는 충분한 시간을 주는지는 여전히 불분명하다.^[73][4] 또한, 조기경보 신호는 생태학에서 드물게 발생하는 집중적인 양질의 데이터 시리즈에 의존한다. 그러나 연구원들은 호수 생태계의 체제 변화를 예측하기 위해 고품질의 데이터를 사용해 왔다.^[79] 정권교체의 지표로서 공간 패턴의 변화도 연구 주제가 됐다.^[30][80][81]

모델링에 대한 새로운 접근 방식

또 다른 연구의 전선은 모델링에 대한 새로운 접근법의 개발이다. 동적 모델,^[82][83] 베이지안 신념 네트워크,^[84] 피셔 정보,^[85] 퍼지 인지 맵은^[86] 체제 이동이 일어날 가능성이 높은 위상 공간을 탐색하고 동적 임계값을 지배하는 역학을 이해하는 도구로 사용되어 왔다. 모델은 실제 시스템의 현재 이해와 모델러의 가정에 의해 한계가 주어지는 유용한 현실의 과도한 단순화다. 따라서 가능한 정권교체 역학을 포착하기 위해서는 인과관계와 피드백의 강도에 대한 깊은 이해가 필요하다. 그럼에도 불구하고, 그러한 깊은 이해는 얕은 호수와 같이 깊이 연구된 시스템에만 이용할 수 있다. 제한된 시계열 데이터와 시스템 역학관계에 대한 제한된 이해를 다루기 위한 방법 개발은 관리 옵션의 우선순위 결정뿐만 아니라 정권교체의 주요 동인을 식별할 수 있는 방식으로 필요하다.

기타 신흥 지역

또 다른 새로운 연구 분야로는 지구 시스템의 정권교체 역할, 정권교체 사이에 연쇄적으로 발생하는 결과, 사회생태학적 시스템의 정권교체 등이 있다.

참조