复杂系统相变与临界现象

——揭示地球系统突变背后的“临界秘密”

樊京芳 教授

北京师范大学系统科学学院

2026.03.20（星期五）15:00，理科二号楼 2821

摘要：

临界现象是自然界与社会经济系统中普遍存在的重要行为特征。从物理学中的气液相变和磁相变，到地球系统中的极端天气突发、海冰快速退缩、生态系统退化以及金融市场的剧烈波动，不同系统在逼近临界阈值时，往往会表现出临界慢化、涨落增强、关联尺度扩展和恢复力下降等一系列具有普适性的动力学特征。尤其在地球物理系统中，大气、海洋、陆地与冰冻圈之间存在显著的多尺度耦合、非线性反馈与遥相关作用，使得局地扰动有可能通过级联传播演化为区域乃至全球尺度的突变事件。本次报告将以统计物理、非线性动力学和复杂系统科学为理论基础，系统介绍复杂系统中的相变与临界现象，重点讨论普适类、非平衡相变、渗流理论、自组织临界性与临界慢化等核心概念。报告还将结合地球物理与气候系统中的典型案例，例如极端天气事件的突发机制、气候临界点的逼近等，阐释复杂系统如何通过微观相互作用、跨尺度耦合与宏观结构重组，产生突变、级联与涌现行为。通过这些讨论，我们将从复杂系统视角更好地理解地球系统演化中的临界点问题，并认识其在自然灾害风险、气候变化与可持续发展研究中的重要意义。

报告人简介：

樊京芳，北京师范大学系统科学学院教授、院长，2025年获批国自然青年科学基金 A 类（原国家杰出青年），2021年入选海外高层次青年人才计划，现任德国波茨坦气候影响研究所客座教授。2014 年于中科院理论物理所获博士学位，并在以色列、德国、美国多家国际知名机构从事博士后与访问研究。主要研究方向包括统计物理、复杂系统临界动力学理论及其在地球系统中的应用，聚焦相变与临界现象、气候临界点、地震、极端事件与级联风险等前沿问题。以通讯作者在 Nature Physics、Nature Climate Change、Nature Machine Intelligence、Nature Communications、PNAS、PRL 等期刊发表论文 80 余篇，多项成果被国际学术界与政策机构广泛引用。现任 JPhys Complexity、Chin. Phys. Lett. 等国际期刊编委，National Science Review 客座编委，中国系统工程学会副主任委员，中国工业与应用数学学会委员，曾获“系统科学与系统工程科学技术青年科技奖”等多项荣誉。