[論文レビュー] Modelling social-ecological transformations: an adaptive network proposal

Steven J. Lade, Örjan Bodin+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2017

Complex Systems and Decision Making被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、持続可能性の転換過程における社会的・生態的システムの構造的変化をモデル化するための適応的ネットワークフレームワークを提案する。動的ネットワーク構造とエージェント行動を統合することで、ボールアンドカップ図のような静的ヒューリスティクスとは対照的に、定量的でプロセス志向の代替手法を提供し、違法漁業やネットワーク化された資源利用者に関する事例研究を通じてその応用可能性を示している。

ABSTRACT

Transformations to create more sustainable social-ecological systems are urgently needed. Structural change is a feature of transformations of social-ecological systems that is of critical importance but is little understood. Here, we propose a framework for conceptualising and modelling sustainability transformations based on adaptive networks. Adaptive networks focus attention on the interplay between the structure of a social-ecological system and the dynamics of individual entities. Adaptive networks could progress transformations research by: 1) focusing research on changes in structure; 2) providing a conceptual framework that clarifies the temporal dynamics of social-ecological transformations compared to the most commonly used heuristic in resilience studies, the ball-and-cup diagram; 3) providing quantitative modelling tools in an area of study dominated by qualitative methods. We illustrate the potential application of adaptive networks to social-ecological transformations using a case study of illegal fishing in the Southern Ocean and a theoretical model of socially networked resource users.

研究の動機と目的

• 持続可能性の転換における構造的変化を系統的にモデリングするアプローチの欠如に応える。
• ボールアンドカップ図のような定性的ヒューリスティクスが、転換の時間的ダイナミクスを捉える上で抱える制限を克服する。
• 社会的・生態的システムにおける構造的および行動的ダイナミクスを統合し、転換経路の理解を深める。
• 違法漁業のような現実の持続可能性課題に適用可能な形式的で定量的なモデリングフレームワークを提供する。
• ネットワーク適応を変化のコアメカニズムとして位置づけることで、レジリエンスおよび転換研究を前進させる。

提案手法

• エージェント（例：漁師、制度）をノード、相互作用や依存関係をエッジとして表す適応的ネットワークとして社会的・生態的システムをモデル化する。
• エージェント行動とシステムフィードバックに基づいてネットワーク構造が進化する可能性を秘めた動的リワイヤリングルールを導入する。
• 適応的トポロジーを用いたエージェントベースモデリングにより、社会的ネットワークと生態的状態の共進化をシミュレートする。
• 個々の意思決定、ネットワーク構造、システムレベルの成果の間のフィードバックループを組み込み、転換ダイナミクスを捉える。
• 二つの事例にフレームワークを適用する：南極海における違法漁業と、社会的ネットワーク化された資源利用者。シミュレーションを通じて構造的変化を探索する。
• ノードおよびエッジのダイナミクスを記述する数学的形式主義を用い、局所的およびグローバルなシステム状態に基づくネットワーク適応のルールを含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 適応的ネットワークは、社会的・生態的システムにおける持続可能性の転換過程で構造的変化をどのようにモデル化できるか？
• RQ2 ネットワークトポロジーは、転換プロセスを促進するか、あるいは制約するか、果たす役割は何か？
• RQ3 社会的ネットワークの動的適応は、生態的システムのレジリエンスおよび持続可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 ボールアンドカップ図のような静的概念的モデルに比べて、適応的ネットワークフレームワークはどのように改善されるか？
• RQ5 構造的変化下における資源管理シナリオにおけるネットワーク化エージェントの顕在的ダイナミクスはどのようなものか？

主な発見

• 適応的ネットワークフレームワークは、転換過程における社会的構造と生態的ダイナミクスの共進化を効果的に捉えている。
• 動的ネットワーク適応により、静的モデルに比べてより現実的なかたちで構造的シフトをシミュレートできる。
• 違法漁業の事例研究において、ネットワーク構造が非遵守行動の持続性および拡散に顕著な影響を与えた。
• モデルは、構造的変化が適応ルールに応じて持続可能性の成果を安定化または不安定化させる可能性を明らかにした。
• エージェントベースのシミュレーションにより、ネットワークトポロジーがコミュニティ全体における転換の採用速度および可能性に影響を与えることが示された。
• フレームワークは、変化メカニズムを分析する定量的パスを提供し、実証的検証に向けた検証可能な仮説を提示する。