モチーフがどのように複雑なネットワークでカスケードを傾けるための重要なしきい値を条件として：マイクロとマクロスケールをリンクする

この研究では、特定のマイクロ相互作用構造（モチーフ）が、様式化された転換要素のネットワーク上のカスケードの転倒の発生にどのように影響するかを調査します。エルドス・レニのネットワークのカスケードの特性と、Amazon Rainforestの模範的な水分リサイクルネットワークを比較しています。これらのネットワーク内では、決定的な小規模モチーフは、フィードフォワードループ、セカンダリフィードフォワードループ、ゼロループ、および隣接ループです。すべてのモチーフのうち、フィードフォワードループモチーフは、他のモチーフよりもカスケードを開始するために必要な重要な結合強度を減少させるため、カスケードを転倒することで際立っています。このモチーフでは、臨界結合強度の低下は、チップ要素のペアの重要な結合よりも11％少ないことがわかります。高度に接続されたネットワークの場合、私たちの分析により、結合したフィードフォワードループは、重要な結合強度の90％の強い減少と一致することが明らかになりました。Amazonの高度にクラスター化された湿気リサイクルネットワークの場合、調査された4つのモチーフのそれぞれについて非常に高いモチーフが発生する領域を観察し、これらの領域がより脆弱であることを示唆しています。モチーフの発生は、ランダムなerdős-renyiネットワークよりも1桁高いことがわかります。これは、グローバルなカスケードの出現とネットワーク全体の安定性のための局所的な相互作用構造の重要性を強調しています。

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.