系統(tǒng)臨界點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)

【導(dǎo)語(yǔ)】現(xiàn)如今，我們生活在一個(gè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，如經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)和大氣系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)并不會(huì)發(fā)生；而當(dāng)系統(tǒng)紊亂時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)隨之而來(lái)。事實(shí)上，從穩(wěn)定向紊亂的過(guò)渡過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)逼近并逾越臨界點(diǎn)。該現(xiàn)象預(yù)示著不可逆的風(fēng)險(xiǎn)爆發(fā)。比如，2023年3月，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）發(fā)布的第六次評(píng)估報(bào)告綜合報(bào)告《氣候變化2023》指出，全球氣溫上升加大了氣候系統(tǒng)達(dá)到臨界點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。科學(xué)家警告氣候?yàn)?zāi)難的臨界點(diǎn)已然逼近，一旦越過(guò)這個(gè)臨界點(diǎn)就可能發(fā)生“疊加和不可逆轉(zhuǎn)”的氣候沖擊。

那么，系統(tǒng)臨界點(diǎn)到底是什么？為什么該臨界點(diǎn)能夠預(yù)示風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，其背后的原理是什么？我們是否能夠利用臨界點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警呢？在2024全國(guó)科普日活動(dòng)的第二場(chǎng)漫談系統(tǒng)節(jié)目中，我們邀請(qǐng)到了南昌大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院金融系主任邢凱老師，跟大家聊一聊系統(tǒng)臨界點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)。

系統(tǒng)臨界點(diǎn)來(lái)源于復(fù)雜系統(tǒng)有關(guān)系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)變理論的研究。該理論來(lái)自于自然和人工構(gòu)造的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中可能發(fā)生的突然變換現(xiàn)象，即系統(tǒng)從一個(gè)動(dòng)態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成一個(gè)完全相反的狀態(tài)。在不同研究領(lǐng)域中，上述突變現(xiàn)象有不同的命名，如，生態(tài)學(xué)稱(chēng)作體制轉(zhuǎn)換（Regime shifts）、物理學(xué)和大氣學(xué)稱(chēng)作臨界轉(zhuǎn)變（Critical transitions）、腦神經(jīng)稱(chēng)作轉(zhuǎn)變（Transitions）等。大部分情況下，該現(xiàn)象暗示了有害的或?yàn)?zāi)難性的變化，意味著風(fēng)險(xiǎn)爆發(fā)。比如，從超新星爆炸到火山噴發(fā)，再到心臟停止，還有，生態(tài)系統(tǒng)中物種滅絕、冰川消融、季風(fēng)紊亂、自然災(zāi)害、流行病突發(fā)猛增等。同樣的，人類(lèi)建立的復(fù)雜系統(tǒng)也時(shí)而會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象，不乏那些設(shè)計(jì)精良的系統(tǒng)，如電力、交通及通信網(wǎng)絡(luò)崩潰等。最后一類(lèi)則是出現(xiàn)在金融經(jīng)濟(jì)復(fù)雜系統(tǒng)，如經(jīng)濟(jì)危機(jī)、股票崩盤(pán)、銀行擠兌等。該系統(tǒng)遠(yuǎn)不同于方才提及的系統(tǒng)，原因來(lái)自其存在的聰明的代理（Smart agents）。這些代理的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)往往是基于對(duì)未來(lái)金融經(jīng)濟(jì)發(fā)展的期望做出反應(yīng)。他們會(huì)學(xué)習(xí)和調(diào)整自身行為，并對(duì)市場(chǎng)中釋放的信息做出響應(yīng)。尤其是當(dāng)他們得知可能要發(fā)生經(jīng)濟(jì)危機(jī)、股票崩盤(pán)、銀行擠兌等問(wèn)題。他們對(duì)上述事件的期望以及自我調(diào)整能力可能會(huì)引發(fā)或進(jìn)一步加劇風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大。可以見(jiàn)得，這些代理存在非線性預(yù)期反饋（Nonlinear expectations feedback）和自適應(yīng)行為（Adaptive behaviour）使得其內(nèi)在的市場(chǎng)變化是高度難以預(yù)測(cè)，且崩盤(pán)的發(fā)生往往會(huì)超出預(yù)期。

因此，有效預(yù)測(cè)系統(tǒng)突變對(duì)于減少上述災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生是亟需解決的科學(xué)問(wèn)題。其核心解決的問(wèn)題是探測(cè)突變現(xiàn)象下臨界轉(zhuǎn)變中存在的臨界點(diǎn)。那么系統(tǒng)臨界點(diǎn)又代表什么意思呢？事實(shí)上，我們先前描述多種不同類(lèi)型的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中都存在臨界點(diǎn)（也稱(chēng)作“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”，英譯“Tipping point”），該點(diǎn)預(yù)示著系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)突變可以使其轉(zhuǎn)換到一個(gè)完全不同的狀態(tài)體制。

2018年諾貝爾獎(jiǎng)經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主威廉·諾德豪斯在其著作《氣候賭場(chǎng)》里的對(duì)臨界點(diǎn)給出如下比喻：一葉在水面上漂浮的獨(dú)木舟開(kāi)始傾斜進(jìn)水的時(shí)候，尚能保持平衡；但當(dāng)傾斜角達(dá)到一定程度時(shí)，獨(dú)木舟就會(huì)傾覆——造成這個(gè)不可逆后果的傾斜角就是臨界點(diǎn)。這就像往山頂推石頭，越過(guò)山頂，石頭就會(huì)急速墜落，擋都擋不住。更通俗地說(shuō)，臨界點(diǎn)就是量變引起質(zhì)變的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，是壓死駱駝的最后一根稻草。

我們發(fā)現(xiàn)，伴隨著系統(tǒng)演變中逐漸靠近臨界點(diǎn)，臨界轉(zhuǎn)變發(fā)生的概率會(huì)逐漸增加，表現(xiàn)在一個(gè)微小的觸發(fā)可以引起系統(tǒng)自身向另一個(gè)極端狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。臨界點(diǎn)的激發(fā)因素則是“正反饋效應(yīng)”（Positive feedback effect）。英國(guó)?？巳卮髮W(xué)全球系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)提摩西·萊頓曾舉了一個(gè)例子?！叭粢粋€(gè)人聽(tīng)到火警警報(bào)，跑向出口，會(huì)導(dǎo)致另外兩個(gè)人逃跑，之后導(dǎo)致四個(gè)人逃跑，八個(gè)人逃跑，那么我們就有了一個(gè)臨界點(diǎn)和‘自我推進(jìn)’的 ‘逃跑反饋’情況?！?/p>

另外，我們發(fā)現(xiàn)，高度關(guān)聯(lián)的復(fù)雜系統(tǒng)存在多個(gè)潛在臨界點(diǎn)，系統(tǒng)的局部擾動(dòng)引起臨界點(diǎn)間的多米諾效應(yīng)。比如，氣候系統(tǒng)是包含多個(gè)潛在臨界點(diǎn)元素的復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)臨界點(diǎn)被觸發(fā)之后，可能會(huì)像推倒多米諾骨牌一樣，推動(dòng)地球氣候系統(tǒng)倒向另外一個(gè)臨界點(diǎn)，放大氣候變化的影響。這些臨界點(diǎn)相互作用會(huì)產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)，導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的巨大災(zāi)難發(fā)生。

現(xiàn)如今，隨著全球氣溫持續(xù)升高，氣候系統(tǒng)越來(lái)越逼近臨界點(diǎn)。2022年9月《科學(xué)》雜志發(fā)表了一項(xiàng)重磅研究，顯示地球氣候?yàn)?zāi)難一共有16個(gè)臨界點(diǎn)，有5個(gè)可能已經(jīng)引爆，其中3個(gè)或已不可逆轉(zhuǎn)。這些突變使得我們地球徹底脫離過(guò)去百萬(wàn)年以來(lái)的冰期-間冰期的循環(huán)，導(dǎo)致失控增溫（Runaway warming），最終導(dǎo)致“熱室地球”（Hothouse Earth）時(shí)代的到來(lái)。在此背景下，使得我們格外關(guān)注當(dāng)前面臨的重大潛在性氣候風(fēng)險(xiǎn)。

因此，有效精準(zhǔn)預(yù)測(cè)臨界點(diǎn)是避免重大風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的關(guān)鍵所在。但現(xiàn)有研究表明臨界點(diǎn)具有難以預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。這也是最可怕的地方。盡管人們知道危險(xiǎn)將會(huì)來(lái)臨，卻無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)見(jiàn)臨界點(diǎn)何時(shí)到來(lái)。當(dāng)我們意識(shí)到臨界點(diǎn)來(lái)臨時(shí)，臨界點(diǎn)實(shí)際上已經(jīng)觸發(fā)。盡管精確預(yù)測(cè)臨界點(diǎn)難于上青天，但基于對(duì)各學(xué)科領(lǐng)域成果研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)逼近臨界點(diǎn)前，會(huì)出現(xiàn)可以被量化的特征，如臨界緩慢（Critical slowing down）（該特征體現(xiàn)了系統(tǒng)逼近臨界點(diǎn)前，系統(tǒng)內(nèi)成分的關(guān)聯(lián)度、同質(zhì)性都會(huì)增強(qiáng)等）、閃爍（Flickering）（該特征體現(xiàn)了系統(tǒng)逼近臨界點(diǎn)前，系統(tǒng)內(nèi)成分間變化幅度都會(huì)增強(qiáng)）等。以我們賴(lài)以生存的地球生態(tài)系統(tǒng)為例，人類(lèi)頻繁的活動(dòng)驅(qū)動(dòng)了碳排放量的增加，引發(fā)全球變暖。使得南北極冰蓋融化，造成海平面上升，淹沒(méi)沿海低洼地區(qū)，海洋生態(tài)鏈也將產(chǎn)生劇變。而海洋溫度的變化也會(huì)因此給陸地帶來(lái)更多的極端天氣事件，從而導(dǎo)致土地大面積干旱，就連茂密的亞馬遜熱帶雨林也可能會(huì)變成草原。這些連鎖反應(yīng)將會(huì)嚴(yán)重影響食物鏈，引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)崩潰，最終給人類(lèi)帶來(lái)生存危機(jī)。上述各類(lèi)系統(tǒng)成分間（如人類(lèi)、南北極、海洋等）的相互作用增強(qiáng)，體現(xiàn)了同質(zhì)性增加；而成分間變動(dòng)的大小、頻率等則顯示出關(guān)聯(lián)度的增強(qiáng)。因此，我們可以利用數(shù)學(xué)算法對(duì)上述特征進(jìn)行刻畫(huà)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)突變前進(jìn)行早期預(yù)警，即利用上述特征構(gòu)建相關(guān)指標(biāo)來(lái)捕獲系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)變，以實(shí)現(xiàn)對(duì)臨界點(diǎn)的及早辨識(shí)。

總之，臨界點(diǎn)的早期預(yù)警是對(duì)精準(zhǔn)把握復(fù)雜系統(tǒng)突變的有效方法，該項(xiàng)工作涉及到多項(xiàng)研究領(lǐng)域，諸如，系統(tǒng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、金融學(xué)等，屬于典型的交叉學(xué)科研究，極具有挑戰(zhàn)性。

作者簡(jiǎn)介：邢凱，英國(guó)諾丁漢大學(xué)金融學(xué)博士，中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院博士后，南昌大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院金融學(xué)系主任，江西產(chǎn)業(yè)金融發(fā)展研究院執(zhí)行院長(zhǎng)。擔(dān)任Emerging Market Finance and Trade（EMFT）期刊客座領(lǐng)域主編、Pacific-Basin Finance Journal、EMFT等期刊客座主編。曾任職在中央網(wǎng)信辦國(guó)家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心和北京理工大學(xué)等。主要研究方向風(fēng)險(xiǎn)管理、金融科技、公司金融等。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、國(guó)家242信息安全專(zhuān)項(xiàng)、博士后國(guó)際交流計(jì)劃人才引進(jìn)項(xiàng)目、江西省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等5項(xiàng)省部級(jí)以上項(xiàng)目。在國(guó)內(nèi)外知名期刊發(fā)表論文十余篇，在第十五、二十屆金融系統(tǒng)工程與風(fēng)險(xiǎn)管理國(guó)際年會(huì)榮獲“優(yōu)秀論文”獎(jiǎng)、第四屆金融科技青年論文征集（2022）評(píng)選中獲“二等獎(jiǎng)”等。負(fù)責(zé)研發(fā)建設(shè)多個(gè)省部級(jí)以上風(fēng)險(xiǎn)防控服務(wù)平臺(tái)，如證監(jiān)會(huì)全國(guó)地方交易場(chǎng)所風(fēng)險(xiǎn)防控平臺(tái)、中央網(wǎng)信辦數(shù)字經(jīng)濟(jì)投融資聯(lián)盟投融資信息服務(wù)平臺(tái)、公安部國(guó)家反詐大數(shù)據(jù)平臺(tái)及國(guó)家反詐中心APP等。多次獲省部級(jí)批示及部委感謝函。擁有金融科技類(lèi)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)。