系统临界点与风险信号

【导语】现如今，我们生活在一个复杂动态系统中，如经济系统、社会系统、生态系统和大气系统等。这些系统在稳定运行时，风险并不会发生；而当系统紊乱时，风险也会随之而来。事实上，从稳定向紊乱的过渡过程中系统会逼近并逾越临界点。该现象预示着不可逆的风险爆发。比如，2023年3月，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的第六次评估报告综合报告《气候变化2023》指出，全球气温上升加大了气候系统达到临界点的风险。科学家警告气候灾难的临界点已然逼近，一旦越过这个临界点就可能发生“叠加和不可逆转”的气候冲击。

那么，系统临界点到底是什么？为什么该临界点能够预示风险的发生，其背后的原理是什么？我们是否能够利用临界点实现对风险的预警呢？在2024全国科普日活动的第二场漫谈系统节目中，我们邀请到了南昌大学经济管理学院金融系主任邢凯老师，跟大家聊一聊系统临界点与风险信号。

系统临界点来源于复杂系统有关系统临界转变理论的研究。该理论来自于自然和人工构造的复杂动态系统中可能发生的突然变换现象，即系统从一个动态的状态转变成一个完全相反的状态。在不同研究领域中，上述突变现象有不同的命名，如，生态学称作体制转换（Regime shifts）、物理学和大气学称作临界转变（Critical transitions）、脑神经称作转变（Transitions）等。大部分情况下，该现象暗示了有害的或灾难性的变化，意味着风险爆发。比如，从超新星爆炸到火山喷发，再到心脏停止，还有，生态系统中物种灭绝、冰川消融、季风紊乱、自然灾害、流行病突发猛增等。同样的，人类建立的复杂系统也时而会出现上述现象，不乏那些设计精良的系统，如电力、交通及通信网络崩溃等。最后一类则是出现在金融经济复杂系统，如经济危机、股票崩盘、银行挤兑等。该系统远不同于方才提及的系统，原因来自其存在的聪明的代理（Smart agents）。这些代理的经济活动往往是基于对未来金融经济发展的期望做出反应。他们会学习和调整自身行为，并对市场中释放的信息做出响应。尤其是当他们得知可能要发生经济危机、股票崩盘、银行挤兑等问题。他们对上述事件的期望以及自我调整能力可能会引发或进一步加剧风险的扩大。可以见得，这些代理存在非线性预期反馈（Nonlinear expectations feedback）和自适应行为（Adaptive behaviour）使得其内在的市场变化是高度难以预测，且崩盘的发生往往会超出预期。

因此，有效预测系统突变对于减少上述灾害风险事件发生是亟需解决的科学问题。其核心解决的问题是探测突变现象下临界转变中存在的临界点。那么系统临界点又代表什么意思呢？事实上，我们先前描述多种不同类型的复杂动态系统中都存在临界点（也称作“转折点”，英译“Tipping point”），该点预示着系统内一个突变可以使其转换到一个完全不同的状态体制。

2018年诺贝尔奖经济学奖得主威廉·诺德豪斯在其著作《气候赌场》里的对临界点给出如下比喻：一叶在水面上漂浮的独木舟开始倾斜进水的时候，尚能保持平衡；但当倾斜角达到一定程度时，独木舟就会倾覆——造成这个不可逆后果的倾斜角就是临界点。这就像往山顶推石头，越过山顶，石头就会急速坠落，挡都挡不住。更通俗地说，临界点就是量变引起质变的关键节点，是压死骆驼的最后一根稻草。

我们发现，伴随着系统演变中逐渐靠近临界点，临界转变发生的概率会逐渐增加，表现在一个微小的触发可以引起系统自身向另一个极端状态的转变。临界点的激发因素则是“正反馈效应”（Positive feedback effect）。英国埃克塞特大学全球系统研究所所长提摩西·莱顿曾举了一个例子。“若一个人听到火警警报，跑向出口，会导致另外两个人逃跑，之后导致四个人逃跑，八个人逃跑，那么我们就有了一个临界点和‘自我推进’的 ‘逃跑反馈’情况。”

另外，我们发现，高度关联的复杂系统存在多个潜在临界点，系统的局部扰动引起临界点间的多米诺效应。比如，气候系统是包含多个潜在临界点元素的复杂系统。当一个临界点被触发之后，可能会像推倒多米诺骨牌一样，推动地球气候系统倒向另外一个临界点，放大气候变化的影响。这些临界点相互作用会产生级联效应，导致不可逆转的巨大灾难发生。

现如今，随着全球气温持续升高，气候系统越来越逼近临界点。2022年9月《科学》杂志发表了一项重磅研究，显示地球气候灾难一共有16个临界点，有5个可能已经引爆，其中3个或已不可逆转。这些突变使得我们地球彻底脱离过去百万年以来的冰期-间冰期的循环，导致失控增温（Runaway warming），最终导致“热室地球”（Hothouse Earth）时代的到来。在此背景下，使得我们格外关注当前面临的重大潜在性气候风险。

因此，有效精准预测临界点是避免重大风险发生的关键所在。但现有研究表明临界点具有难以预测的特点。这也是最可怕的地方。尽管人们知道危险将会来临，却无法准确预见临界点何时到来。当我们意识到临界点来临时，临界点实际上已经触发。尽管精确预测临界点难于上青天，但基于对各学科领域成果研究发现，系统逼近临界点前，会出现可以被量化的特征，如临界缓慢（Critical slowing down）（该特征体现了系统逼近临界点前，系统内成分的关联度、同质性都会增强等）、闪烁（Flickering）（该特征体现了系统逼近临界点前，系统内成分间变化幅度都会增强）等。以我们赖以生存的地球生态系统为例，人类频繁的活动驱动了碳排放量的增加，引发全球变暖。使得南北极冰盖融化，造成海平面上升，淹没沿海低洼地区，海洋生态链也将产生剧变。而海洋温度的变化也会因此给陆地带来更多的极端天气事件，从而导致土地大面积干旱，就连茂密的亚马逊热带雨林也可能会变成草原。这些连锁反应将会严重影响食物链，引发生态系统崩溃，最终给人类带来生存危机。上述各类系统成分间（如人类、南北极、海洋等）的相互作用增强，体现了同质性增加；而成分间变动的大小、频率等则显示出关联度的增强。因此，我们可以利用数学算法对上述特征进行刻画，就能实现对系统突变前进行早期预警，即利用上述特征构建相关指标来捕获系统临界转变，以实现对临界点的及早辨识。

总之，临界点的早期预警是对精准把握复杂系统突变的有效方法，该项工作涉及到多项研究领域，诸如，系统学、生态学、环境学、金融学等，属于典型的交叉学科研究，极具有挑战性。

作者简介：邢凯，英国诺丁汉大学金融学博士，中国科学院数学与系统科学研究院博士后，南昌大学经济管理学院金融学系主任，江西产业金融发展研究院执行院长。担任Emerging Market Finance and Trade（EMFT）期刊客座领域主编、Pacific-Basin Finance Journal、EMFT等期刊客座主编。曾任职在中央网信办国家计算机网络与信息安全管理中心和北京理工大学等。主要研究方向风险管理、金融科技、公司金融等。主持国家自然科学基金青年项目、国家242信息安全专项、博士后国际交流计划人才引进项目、江西省自然科学基金面上项目等5项省部级以上项目。在国内外知名期刊发表论文十余篇，在第十五、二十届金融系统工程与风险管理国际年会荣获“优秀论文”奖、第四届金融科技青年论文征集（2022）评选中获“二等奖”等。负责研发建设多个省部级以上风险防控服务平台，如证监会全国地方交易场所风险防控平台、中央网信办数字经济投融资联盟投融资信息服务平台、公安部国家反诈大数据平台及国家反诈中心APP等。多次获省部级批示及部委感谢函。拥有金融科技类国家发明专利6项。