Early warning of regime shifts
Rising variance, autocorrelation and slower recovery in long ecological series are tested as signals of approaching transitions in lakes, reefs and drylands.
GCRI · Biodiversity Nexus
Komplexe Systeme in der Ökologie
Ecosystems and the social and economic Systeme that use them interact through feedbacks, thresholds and networks. Complex systems methods explore how those interactions produce regime shifts, cascades of extinction and correlated losses that simpler models miss, and they Stresstest management against them.
01Registrieren
Complex systems in ecology on the record.
MethodennachweisMINT-Methode
- MethodeKomplex Systeme and agent-based modelling
- SachwalterSystemwissenschaft und Modellierung
- Angewandt inBiodiversity Nexus
- Daten4 Eingaben
- Prüfungen3 Validierungsschritte
- Kanonische SeiteMINT-Commons
02Antrag
What complex systems and agent-based modelling does here.
Komplex Systeme and agent-based modelling study systems whose behaviour emerges from interactions among many components. They help explain nonlinear dynamics, tipping points and collective behaviour. In biodiversity and nature, climate and hazards and oceans and coasts, complex systems approaches explore how interacting risks can produce sudden, systemic shifts. They support stress testing of policies against emergent behaviour. The canonical description is on die STEM Commons.
Food-web and co-extinction networks
Interaction networks of plants, pollinators, predators and prey are simulated to see how the loss of one species propagates through the web.
Agent-based models of land and sea use
Farmers, fishers, traders and regulators are represented as agents to explore how incentives, rules and ecology together drive clearing, overfishing or recovery.
03Geografie
Zustand der Lebensräume im Amazonasbecken.
Land cover, vegetation and plant growth over the Amazon Basin, from NASA GIBS. Each layer carries its own date.
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Ebenen 3
Habitatzustand für diese Seite
Über diese Ebene
- Evidenz
- Modelliert (jüngstes Jahr, das GIBS veröffentlicht)
- Quelle
- MODIS Terra und Aqua, Landbedeckung (MCD12Q1) (NASA LP DAAC)
- Anbieter
- NASA LP DAAC
- Lizenz
- Offene Daten der NASA
- Jahrgang
- jährlich; Satellitenklassifikation; jüngstes Jahr, das GIBS veröffentlicht
- Neueste beim Build
- 2024-01-01
- Auflösung
- Raster von etwa 500 m
- Unsicherheit
- Satellitengestützte Landbedeckungsklassen für das angezeigte Jahr, einschließlich Ackerland; eine Klassifikation mit bekannten Fehlern, kein Betriebsregister.
- Erreichbar über
- gibs.earthdata.nasa.gov, erst nachdem Sie die Live-Karte zugelassen haben
Über diese Ebene
- Evidenz
- Beobachtet (Wolken hinterlassen Lücken)
- Quelle
- MODIS Terra EVI (NASA LANCE)
- Anbieter
- NASA LANCE
- Lizenz
- Offene Daten der NASA
- Jahrgang
- täglich; Satellitenindex; Wolken hinterlassen Lücken
- Neueste beim Build
- 2026-10-13
- Auflösung
- Raster von etwa 250 m
- Unsicherheit
- Satelliten-Vegetationsindex über die 8 Tage bis zum angezeigten Datum, ein Indikator für den Zustand von Lebensräumen; kein Maß für Arten oder Biodiversität.
- Erreichbar über
- gibs.earthdata.nasa.gov, erst nachdem Sie die Live-Karte zugelassen haben
Über diese Ebene
- Evidenz
- Modelliert (jüngster 8-Tage-Zeitraum, den GIBS veröffentlicht)
- Quelle
- MODIS Aqua GPP (MYD17) (NASA LP DAAC)
- Anbieter
- NASA LP DAAC
- Lizenz
- Offene Daten der NASA
- Jahrgang
- 8 Tage; satellitengestütztes Modell; jüngster 8-Tage-Zeitraum, den GIBS veröffentlicht
- Neueste beim Build
- 2026-09-30
- Auflösung
- Raster von etwa 500 m
- Unsicherheit
- Modellschätzung des von Pflanzen aufgenommenen Kohlenstoffs im angezeigten 8-Tage-Zeitraum; ein Wachstumsindikator, kein Ernte- oder Produktionsmaß.
- Erreichbar über
- gibs.earthdata.nasa.gov, erst nachdem Sie die Live-Karte zugelassen haben
Über diese Ebene
- Evidenz
- Beobachtet
- Quelle
- VIIRS NOAA-20, korrigierte Reflexion (NASA LANCE)
- Anbieter
- NASA LANCE
- Lizenz
- Offene Daten der NASA
- Jahrgang
- täglich; Satellitenbild
- Neueste beim Build
- 2026-10-14
- Auflösung
- Raster von etwa 250 m
- Unsicherheit
- Satellitenbild. Satelliten- oder Modellraster, wie der Anbieter es veröffentlicht. Wolken, Streifenlücken und Ableitungsfehler hinterlassen Lücken und Rauschen; die Werte sind Indikatoren, keine Messungen an einem Ort.
- Erreichbar über
- gibs.earthdata.nasa.gov, erst nachdem Sie die Live-Karte zugelassen haben
Über diese Ebene
- Evidenz
- Beobachtet (Wolken und der Überflugzeitpunkt hinterlassen Lücken)
- Quelle
- VIIRS NOAA-20 375 m (FIRMS) (NASA LANCE FIRMS)
- Anbieter
- NASA LANCE FIRMS
- Lizenz
- Offene Daten der NASA
- Jahrgang
- täglich; Satellitenerkennung; Wolken und der Überflugzeitpunkt hinterlassen Lücken
- Neueste beim Build
- 2026-10-13
- Auflösung
- Raster von etwa 500 m
- Unsicherheit
- Satellitenerkennungen von Hotspots für den angezeigten Tag, einschließlich Gasfackeln und industrieller Wärme; kein bestätigter Brand, kein Vorfallbericht und keine Warnung.
- Erreichbar über
- gibs.earthdata.nasa.gov, erst nachdem Sie die Live-Karte zugelassen haben
Über diese Ebene
- Evidenz
- Geschätzt
- Quelle
- Gridded Population of the World v4.11 (NASA SEDAC (CIESIN, Columbia University))
- Anbieter
- NASA SEDAC (CIESIN, Columbia University)
- Lizenz
- CC BY 4.0
- Jahrgang
- null; Zensusbasierte Schätzung, statisch (2020)
- Auflösung
- Raster von etwa 1 km
- Unsicherheit
- Auf Volkszählungen beruhende Schätzung der Einwohner je Quadratkilometer im Jahr 2020, dargestellt als Expositionskontext; keine Zählung der von einer Gefahr betroffenen Menschen.
- Erreichbar über
- gibs.earthdata.nasa.gov, erst nachdem Sie die Live-Karte zugelassen haben
Tastatur, bei fokussierter Karte
Strg oder ⌘ gedrückt halten und scrollen, um zu zoomen
Zuletzt verfügbar
NASA GIBS / EOSDIS · ASTER GDEM (METI, NASA) · Blue Marble (NASA) · © OpenStreetMap-Mitwirkende (ODbL) · Natural Earth
Die neuesten NASA-Bilder werden geladen.
Zum Verschieben ziehen. Zum Zoomen Strg oder ⌘ gedrückt halten und scrollen, die Zwei-Finger-Geste oder die Schaltflächen verwenden; für die Werte unter dem Zeiger darüberfahren; Zurücksetzen kehrt zur Region zurück.
Zustand der Lebensräume, mit Fokus auf das Amazonasbecken.Satelliten- und Modellprodukte, wie die NASA sie veröffentlicht, jeweils mit eigenem Datum. Sie sind Indikatoren, keine Bewertungen eines Ortes.
Daten: NASA GIBS · ASTER GDEM · Blue Marble · © OpenStreetMap-Mitwirkende · Natural Earth · NASA EONET · NASA JPL OPERA DIST-ALERTQuellen und Lizenzen
- We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS). Colours redrawn from the published colour map; values averaged into hexagonal cells where shown (modified). Offene Daten der NASA
- We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS). Colours redrawn from the published colour map; values averaged into hexagonal cells where shown (modified). Offene Daten der NASA
- MODIS-Landprodukte (Vegetationsindizes, Bruttoprimärproduktion, Landbedeckung), NASA LP DAAC und LANCE; Bilder über NASA GIBS. Farben nach der veröffentlichten Farbskala neu gezeichnet; Werte, wo gezeigt, in Sechseckzellen gemittelt (verändert). Offene Daten der NASA
- VIIRS-Produkte nahezu in Echtzeit (Hochwasser, Landoberflächentemperatur, Schneebedeckung, korrigierte Reflektanz), NASA LANCE; Bilder über NASA GIBS. Farben nach der veröffentlichten Farbskala neu gezeichnet; Werte, wo gezeigt, in Sechseckzellen gemittelt (verändert). Offene Daten der NASA
- Fire Information for Resource Management System (FIRMS) der NASA, VIIRS-375-m-Produkt aktiver Brände, NASA LANCE; Vektorkacheln über NASA GIBS. Farben nach der veröffentlichten Farbskala neu gezeichnet; Werte, wo gezeigt, in Sechseckzellen gemittelt (verändert). Offene Daten der NASA
- Center for International Earth Science Information Network (CIESIN), Columbia University. 2018. Gridded Population of the World, Version 4 (GPWv4): Population Density, Revision 11. NASA Socioeconomic Data and Applications Center (SEDAC). Lizenziert unter CC BY 4.0. Farben nach der veröffentlichten Farbskala neu gezeichnet; Werte, wo gezeigt, in Sechseckzellen gemittelt (verändert). doi:10.7927/H49C6VHW. CC BY 4.0
- ASTER GDEM ist ein Produkt von METI und NASA (ASTER Global Digital Elevation Model V003, NASA LP DAAC); Bilder über NASA GIBS. Farben nach der veröffentlichten Farbskala neu gezeichnet; Werte, wo gezeigt, in Sechseckzellen gemittelt (verändert). Zitieren als: NASA/METI/AIST/Japan Spacesystems and U.S./Japan ASTER Science Team (2019). ASTER Global Digital Elevation Model V003. doi:10.5067/ASTER/ASTGTM.003. Offene Daten der NASA
- Erstellt mit Natural Earth. Freie Vektor- und Rasterkartendaten @ naturalearthdata.com. Gemeinfrei
- © OpenStreetMap-Mitwirkende (ODbL), über NASA GIBS (Küstenlinien, Grenzen, Straßen und Ortsnamen). Farben aus der veröffentlichten Farbtabelle neu gezeichnet; Werte, wo gezeigt, in Sechseckzellen gemittelt (verändert). ODbL
- Blue Marble, NASA Earth Observatory; Bilder über NASA GIBS. Farben nach der veröffentlichten Farbskala neu gezeichnet; Werte, wo gezeigt, in Sechseckzellen gemittelt (verändert). Offene Daten der NASA
- Kontext auf Globus und flacher Karte: Küstenlinien, Grenzen, Straßen und Ortsnamen aus den Referenzebenen von NASA GIBS (OpenStreetMap-Daten, ODbL, © OpenStreetMap contributors); Blue-Marble-Bilddaten als optionale Basis; 3D-Gelände und Höhenanzeige aus dem Höhenfarbindex des ASTER GDEM (Klassen von 5 m bis 200 m, zur besseren Lesbarkeit überhöht). Grenzen werden wie veröffentlicht dargestellt und beziehen keine Position zu einem Gebiet.
- Live-Ereignisse: NASA Earth Observatory Natural Event Tracker (EONET). Die Ereignisse sind indikativ und behalten ihre ursprünglichen Quellenlinks.
- Live: Die NASA-EONET-Ereignisse sind Anhaltspunkte, keine behördlichen Warnungen.
- Observed (EO): NASA JPL OPERA DIST-ALERT (contains modified Copernicus Sentinel data 2026). We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
- NASA GIBS: We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
- Optionale Ebenen (6 Quellen in der Ebenenliste: live, Vorhersage, beobachtet und Kontext) zeigen ihren Anbieternachweis auf der Karte und hier, wenn sie eingeschaltet sind; Vorhersagen sind Modellausgaben, abgeleitete Indizes sind Schätzungen.
Ebenen und Daten
- Landbedeckungstyp (IGBP), jährlich: MODIS Terra and Aqua land cover (MCD12Q1), NASA LP DAAC · 2024
- Enhanced Vegetation Index, gleitend über 8 Tage: MODIS Terra EVI, NASA LANCE · 13. Okt. 2026
- Bruttoprimärproduktion, 8-Tage-Summe: MODIS Aqua GPP (MYD17), NASA LP DAAC · 30. Sep. 2026
- Echtfarbe: VIIRS NOAA-20 korrigierte Reflektanz, NASA LANCE · 13. Okt. 2026
- Aktive Brände und thermische Anomalien: VIIRS NOAA-20 375 m (FIRMS), NASA LANCE FIRMS · 13. Okt. 2026
- Bevölkerungsdichte, 2020: Bevölkerung: CIESIN, Columbia University, Gridded Population of the World v4.11 (2018), NASA SEDAC, CC BY 4.0 · statisch
04Daten
Was die Methode verwendet.
Datasets and records used by complex Systeme and agent-based modelling on this platform, with the role each plays and the label its values carry. Sources are listed in dem Quellenregister.
| Daten | Rolle | Kennzeichnung |
|---|---|---|
| Long-term ecological time series | Frühwarnung Indikatoren | BEOBACHTET |
| Species interaction networks | Network structure | BEOBACHTET |
| Land-use and fisheries surveys | Calibration of agent behaviour | BERICHTET |
| Model ensembles | Structural uncertainty | MODELLIERT |
05Monitoring
Agent-based simulation.
Die Ansicht, die ein Team nutzen würde, um diese Methode zu verfolgen: ihre Messgrößen, Zustände und Entscheidungen. Namen sind Beispiele, Werte sind illustrativ.
Agent-based simulation
Biodiversity · Complex systems in ecology · Run R-7901
323 runsGCRI · Biodiversity Nexus
Outcome across runs
Methodenkarte
- Methode
- Komplexe Systeme und agentenbasierte Modellierung
- Agenten
- 17,896
- Kalibrierung
- pattern-oriented
- Kennzeichnung
- MODELLIERT
Behavioural rules
| Schutzgebietsbehörde | adapts after 5 losses | 0.2 | survey, labelled |
| Environment ministry | adapts after 5 losses | 0.2 | survey, labelled |
| Indigenous and local community council | adapts after 2 losses | 0.4 | survey, labelled |
06Validierung
Wie Ergebnisse geprüft werden.
Models are evaluated by matching multiple stylised facts and patterns at different scales. Sensitivity and robustness analysis test dependence on assumptions.
| Prüfen | Wie es gemacht wird |
|---|---|
| Pattern-oriented validation | Models must reproduce several observed patterns at different scales, not a single target |
| Sensitivity and robustness | Conclusions are tested across parameter ranges and alternative model structures |
| False alarm testing | Frühwarnung methods are tested on series with and without known transitions |
Many plausible models can reproduce the same patterns. Calibration and validation data are often limited.
07Simulator
Bestände, Flüsse, Verzögerungen und eine Kippschwelle.
Zwei Bestände, Druck und Anpassungsfähigkeit, joined by a reinforcing growth loop, a delayed balancing response and damage when pressure outruns capacity; past the threshold the system can tip. Teaching model with stated illustrative values, not a prediction. The map on this page shows The Amazon Basin; the model itself is not tied to a place.
Steuerung
- Wachstum des Drucks
- 6,0 % pro Jahr
- Wirksamkeit der Kapazität bei der Druckminderung
- 4,0 % pro Jahr
- Investitionsreaktion auf wahrgenommenen Druck
- 20%
- Wahrnehmungsverzögerung
- 4.0 Jahre
- Kippschwelle des Drucks
- 60 Indizes
- Verstärkung jenseits der Schwelle
- 2,0-mal
- Simulierte Jahre
- 50 Jahre
Messwerte
- Spitzendruck
- 113 Index
- Kapazität am Ende
- Index 186
- Jahre über der Schwelle
- 15,8 Jahre
Zahlen, Methoden und Quellen
| Jahr | Druck | Kapazität | Wahrgenommen |
|---|---|---|---|
| 0 | 20.0 | 50.0 | 20.0 |
| 4 | 23.3 | 44.9 | 21.2 |
| 8 | 27.2 | 42.2 | 24.0 |
| 12 | 31.7 | 42.3 | 27.7 |
| 16 | 36.8 | 45.5 | 32.2 |
| 20 | 42.3 | 51.5 | 37.2 |
| 24 | 47.9 | 60.3 | 42.6 |
| 28 | 53.2 | 71.3 | 48.0 |
| 32 | 57.8 | 84.3 | 53.1 |
| 36 | 66.4 | 98.4 | 58.4 |
| 40 | 82.7 | 115.9 | 69.7 |
| 44 | 97.8 | 139.7 | 83.8 |
| 48 | 109.1 | 169.4 | 97.3 |
Methoden
- Systemdynamik Forrester (1961), Industrial Dynamics, MIT Press; Sterman (2000), Business Dynamics
- Kritische Übergänge und Kipppunkte Scheffer and others (2009), Early-warning signals for critical transitions, Nature 461
- Kausalschleifendiagramm Sterman (2000), Business Dynamics, McGraw-Hill
- Unsicherheitsfächer (Parameter-Monte-Carlo) Spiegelhalter, Pearson und Short (2011), Visualising uncertainty about the future, Science 333
- Sensitivität mit jeweils einem Faktor (Tornado) Saltelli and others (2008), Global Sensitivity Analysis: The Primer, Wiley
Daten
No observed data enters this model: it runs on the teaching values set by the controls, to be replaced with a programme’s own evidence.
Über die sechs Säulen, unter Leitung von Nexus Consortium
- Experimente Labore
- Erstellt in Biodiversity Nexus in Foundry
- Getestet am Biodiversity Nexus in Universe
- Kodifiziert in Klima und Erdsysteme in Standards
- Veröffentlicht in Biodiversity Nexus in den Berichten
- Gelehrt in Fakultät für Erd- und Umweltwissenschaften in der Akademie
08Verbindungen
Themen, die sich auf diese Methode stützen.
09Zwillings- und Kaskadensimulator
Model complex systems in ecology as a system. Run the cascade.
Assembled from the Nexus Standards area profile Standards zu Biodiversitäts- und Naturrisiken: the hazards it names, the Systeme and sectors that carry the loss, the controls that dampen it and the data that observe it. Choose the components, pick an initiating hazard and step through the cascade. The Map view places the run on an example geography with open data. Every coupling weight is a stated assumption you can change. A teaching model, not a forecast, an assessment or a certification. To model a place of your own choosing, open the full System-Builder.
Gefahren
- Entwaldung
- Biodiversitätsverlust (nachgelagert ausgelöst)
- Soil erosion (nachgelagert ausgelöst)
- Land-system change boundary transgression (set off downstream)
- Amazon rainforest dieback (set off downstream)
- Slope slide (set off downstream)
- Flash flood (set off downstream)
- Zoonotic spillover event (set off downstream)
- Waldbrände (nachgelagert ausgelöst)
- Emerging arbovirus outbreak (set off downstream)
- Malaria resurgence (set off downstream)
Systeme und Kopplungen
- Standards zu Biodiversitäts- und Naturrisiken
- Standards zum Klimarisiko Rückmeldung
- Normen für Gesundheitsrisiken Kaskade
- Normen für Ernährungs- und Agrarrisiken Abhängigkeit
- Standards zu Gefahren durch Umweltzerstörung Shared hazard records
Steuerung
NS-0Verfassung und GrundsätzeNS-1Das UNI und der Artefaktkatalog (Grammatik v0.2: Segmente für Domäne, Sektor, Region und Umgebung)NS-3UNIs für Risikodatensätze (Grammatik, Altbestands-Crosswalk, Zuteilungsstelle)NS-3bMetadatenprofil für Datensätze und Produkte (STAC, DCAT, PROV-O)NS-5Standard für Abbildungen, Karten und Visualisierungen (mit dem UI/UX-Kit)NS-9Kontextuelle UNIs (Bereitstellungen, Instanzen, Programminstanzen)NS-11Verifikation und Überwachung (Evidenz, Bescheinigungen, Beobachtung der Zero-Trust-Konformität)NRS-N5Biodiversitäts- und Naturrisiken und ResilienzNRS-H65Gefahrenfamilie: Überschreitung planetarer Grenzen (NHS-1 planet.boundary)NRS-H27Gefahrenfamilie: Biodiversität und Artenstress (NHS-1 eco.species)NRS-H26Gefahrenfamilie: Degradation von Land und Feuchtgebieten (NHS-1 eco.land)NRS-H28Gefahrenfamilie: Klimazustandsverschiebungen (NHS-1 eco.climate-state)NRS-H64Gefahrenfamilie: Regimewechsel von Ökosystemen (NHS-1 eco.regime-shift)
Beobachtung
- GBIF occurrence API and downloads (listed for reference)
- World Database on Protected and Conserved Areas (listed for reference)
- Global Forest Watch tree cover loss (Hansen/UMD) and alerts (listed for reference)
- ESA WorldCover 10 m land cover (listed for reference)
- Copernicus Land Monitoring Service products (listed for reference)
- Rote-Liste-Index
- Forest area as a proportion of total land area
- Proportion of important sites for terrestrial and freshwater biodiversity covered by protected areas
Beispielgeografie
- Pacific Island states: 150 hexagonal cells
- Vegetation disturbance alerts, 30 m (OPERA DIST-ALERT), NASA GIBS
- Bodenfeuchte an der Oberfläche (SMAP), NASA GIBS
- Nachtlichter heute Nacht, Ausfälle (VIIRS Day/Night Band), NASA GIBS
- Niederschlagsrate, letzte halbe Stunde (IMERG), NASA GIBS
10Treuhänderschaft
Wer die Methode pflegt.
Systemwissenschaft und Modellierung stewards complex Systeme and agent-based modelling for the Consortium and reviews how it is applied across platforms.
11Methoden und Evidenz
How complex systems in ecology is modelled, measured and tested.
Das Modell, seine Annahmen, seine Daten und seine Unsicherheit in der Form, in der eine Wissenschaftlerin oder ein Ingenieur sie prüfen würde. Die Strukturen folgen veröffentlichten Methoden. Die dargestellten Werte sind illustrativ, keine Befunde.
Erdbeobachtungskette
How a satellite or sensor record becomes evidence on complex systems in ecology, and where each step adds uncertainty.
- 01 · ErfassenUmlaufbahn, Sensor und WiederholrateUnsicherheit: Lücken durch Wolken und Umlaufbahn
- 02 · Kalibrierenradiometrisch und geometrischUnsicherheit: Sensordrift
- 03 · KorrigierenAtmosphäre und GeländeUnsicherheit: Annahmen zu Aerosol und Hangneigung
- 04 · Abrufen oder klassifizierendie Variable oder die KlasseUnsicherheit: Modell- und Trainingsfehler
- 05 · Validierengegen ReferenzdatenUnsicherheit: Stichprobenanlage und -umfang
- 06 · Veröffentlichenmit Fehlerbalken und HerkunftsnachweisUnsicherheit: benannt, nie verborgen
FAIR-Leitprinzipien · GO FAIR und FORCE11W3C PROV · World Wide Web ConsortiumHinweise zur einheitlichen Behandlung von Unsicherheiten · IPCCCEOS Analysis Ready Data · Committee on Earth Observation Satellites
12Verbunden
Wohin diese Seite im Konsortium führt.
13Fragen
Fragen und Antworten.
What are the limits of complex systems and agent-based modelling in this field?
Many plausible models can reproduce the same patterns. Calibration and validation data are often limited.
Wie werden Ergebnisse geprüft?
Models are evaluated by matching multiple stylised facts and patterns at different scales. Sensitivity and robustness analysis test dependence on assumptions.
Sind die Werte auf dieser Seite echt?
The data names, roles and checks are real descriptions of practice. The canvas shows a design of the method’s use, not a run; no result is reported here.
Wo wird diese Methode sonst angewandt?
Das kanonische Methodenseite listet jede Plattform auf, die sie anwendet.
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