Large-scale dynamics of magnetic helicity
本文研究了磁流体动力学（MHD）湍流中磁螺旋度的动力学特性，研究的尺度大于强迫尺度。我们的结果显示了磁螺旋度的非局部逆级联，它直接发生在从强迫尺度到磁场最大尺度的过程中。我们还观察到，没有磁螺旋度和能量转移到一个中间范围的尺度足够小于容器的大小和大于强迫尺度。因此，这一范围内的尺度，这增加了尺度分离的统计特性，示出在很大程度上描述的零通量的解决方案的绝对统计平衡理论所表现出的截断理想MHD方程。
2017-05-19 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Inverse cascade of hybrid helicity in $B Ω$-MHD turbulence
研究了在背景磁场$\bf B_0$存在下，低Rossby数下，固体旋转$Ω_0$对不可压缩磁流体动力学湍流大尺度动力学的影响.在周期箱中，在单位磁普朗特数和强迫在中间波数$k_f=20$进行三维直接数值模拟。当$Ω_0$与$\bf B_0$（即$θ\equiv \widehat{\left(Ω_{0}, \bf B_0 \right)} = 0$）对齐时，发现在$k<k_f$处的磁谱发生反向转移。当强迫优先激发右手（而不是左手）波动时，这种转移更强;当$θ>0$时，它更小，当$θ\ge 35^o$时，它变得更弱。这些属性被理解为混合螺旋度的逆级联的结果，这是一个无粘/理想不变的这个系统时，PDMATHAMT。因此，混合螺旋度成为理解旋转发电机的一个关键因素。这些研究结果的起源与行星和恒星的旋转轴的磁偶极子对齐的含义进行了讨论。
2019-05-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic reconnection in a comparison of topology and helicities in two and three dimensional resistive MHD simulations
通过二维和三维数值模拟之间的直接比较，我们研究了重联中的拓扑效应。一个简单的估计增加重连率在三维的一个因素$\sqrt{2}$，当与一个二维的情况相比，在我们的模拟中得到证实。我们还表明，在模拟中的重联率和磁能的分数线性依赖于重联区的高度。磁场和下垫面流的结构复杂程度可以用电流螺旋度和交叉螺旋度来衡量。我们比较了不同的计算箱高度的模拟结果。
2014-03-14 astro-ph.SR
Conservation of magnetic-helicity fluctuations due to spatial decorrelation of fluxes in decaying MHD turbulence
Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文与天体物理研究学院）；Australia’s Climate Simulator (ACCESS-NRI), Australian National University（澳大利亚气候模拟器（ACCESS-NRI），澳大利亚国立大学）；Princeton Center for Theoretical Science（普林斯顿理论科学中心）；Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge（剑桥大学应用数学与理论物理系）；Gonville & Caius College（冈维尔与凯斯学院）；Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, University of Toronto（多伦多大学加拿大理论天体物理研究所）
研究探讨了在衰减磁流体动力学湍流中，磁旋磁通量波动的守恒性，通过分析空间相关性的消失，揭示了磁流体动力学湍流中磁旋磁通量波动的守恒机制。
2025-11-12 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Nonlinear cascades in two-dimensional turbulent magnetoconvection
在磁流体动力学（MHD）Boussinesq近似的框架下，通过直接数值模拟（DNS）研究了二维导电流体湍流对流中的谱输运动力学。该系统执行准振荡两个不同的制度之间的小尺度湍流：一个占主导地位的非线性MHD相互作用，其他浮力。本文首次报道了湍流态的自激变化。该过程由理想不变交叉螺旋度$H^\mathrm{C}=\int_S \mathrm{d}S \mathbf{v}\cdot\mathbf{b}$控制。观测结果解释的相互作用的对流驱动与非线性频谱传输的总MHD能量和交叉螺旋度。
2009-05-11 astro-ph.SR
Large-scale Magnetic Structure Formation in 3D-MHD Turbulence
三维MHD湍流中的磁螺旋度逆级联被认为是天体物理系统中大尺度磁结构形成的过程之一。在这项工作中，我们提出了一套详尽的高分辨率直接数值模拟（DNS）的强制和衰减的3D-MHD湍流，了解这种结构的形成过程。它首先表明，在小尺度驱动湍流的磁螺旋度的逆级联不一定会产生相干的大尺度磁结构。在这种情况下，观测到的大尺度磁场会受到小尺度强迫产生的磁涨落的严重扰动。在衰变的情况下，相干的大尺度结构形成类似于天文学上观察到的结构。根据数值计算结果，我们认为某些天体物理系统中大尺度磁结构的形成是初始强迫作用的结果，初始强迫作用给系统提供了必要的湍流能量，当强迫作用停止后，湍流能量衰减而形成大尺度结构。这一想法得到了代表性例子的支持，例如星系团。
2013-09-12 astro-ph.SR
Energy and helicity fluxes in line-tied eruptive simulations
基于将磁场分解为势分量和非势分量，磁能和相对螺旋度也可以分解为两个量：势能和自由能，以及体积穿透和载流螺旋度。在这项研究中，我们进行了一组参数的3D磁流体动力学（MHD）模拟的类太阳爆发的行为的耦合分析。本文给出了电阻磁流体动力学中能量和螺旋度随时间变化的一般公式。我们用特定的规范数值计算了它们，并比较了它们在数值模拟中的行为，它们之间的差异在于它们所施加的边界驱动运动。因此，我们研究了不同的活动区域的表面流的能量和螺旋度相关的数量的发展的影响。尽管它们的整体行为具有普遍的相似性，但螺旋度和能量显示出不同的演变，无法在一个独特的框架中解释。虽然在所有模拟中的能量通量是相似的，但控制螺旋度演变的物理机制从一个模拟到另一个模拟是明显不同的：体积穿透螺旋度的演变可以由边界通量或螺旋度转移来控制，这取决于模拟。在所有模拟中，载流螺旋度与总螺旋度之比的值相同时发生喷发。然而，我们的研究强调，这个阈值可以以不同的方式达到，不同的螺旋度相关的过程主导不同的光球流。这意味着，喷发前的动力学的细节不影响喷发开始螺旋度相关的阈值。然而，螺旋度通量动力学可能或多或少有效地改变所需的时间，达到爆发的开始。
2020-03-03 astro-ph.SR
On the structure and statistical theory of turbulence of extended magnetohydrodynamics
本文综述了扩展磁流体力学（XMHD）非正则哈密顿模型的最新研究进展。利用哈密顿方法的优点，研究了XMHD湍流的一些一般性质，并与理想MHD湍流进行了比较。以XMHD为例，计算了该模型的螺旋度通量传输率，验证了该模型的刘维尔定理。后者与绝对平衡态结合使用，以获得不变量的光谱，并确定级联的方向，例如，推广了著名的理想磁流体力学逆级联的磁螺旋度。对XMHD进行了类似的分析，考察了二级结构函数和绝对平衡态，得到了一些有趣的结果。当交叉螺旋度被认为是级联的，注入的磁螺旋度的逆级联也发生在霍尔MHD范围内-这是与文献中以前的结果是一致的。相反，在惯性MHD范围内，即在尺度小于电子趋肤深度，所有的光谱量预计将经历直接级联。我们的结果在空间和天体物理等离子体的后果和相关性也进行了简要讨论。
2017-01-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The cross helicity at the solar surface by simulations and observations
驱动MHD湍流的准线性平均场论表明，观测到的交叉螺旋度<u \cdot b>可以直接得到宁静太阳的磁涡扩散率η_{T}。为了模拟太阳表面的交叉螺旋度，用非线性MHD程序NIRVANA模拟了垂直大尺度磁场作用下的磁对流。计算的非常稳健的结果是< u_z b_z >\simeq 2< u \cdot b>与施加的磁场幅度无关。交叉螺旋度的相关系数约为10%。类似的鲁棒性是发现磁扰动的均方根值超过平均场幅度（仅）的五倍。当等温声速为6.6 km/s时，特征螺旋度速度u η为1 km/s。这一数值与从HINODE卫星和瑞典1米太阳望远镜（SST）提供的交叉螺旋度分量的数据中获得的经验结果吻合得很好< u_z b_z >。因此，模拟和观测结果都得出一个数值η_{T} \simeq 10 ^12 cm ^2/s，这是宁静太阳表面的特征。
2012-06-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Alfvén-dynamo balance and magnetic excess in MHD turbulence
三维磁流体动力学（MHD）湍流的初始磁场和动能均分自发发展的磁过剩（或剩余能量），以及在数值模拟和太阳风。1983年得到的闭合方程描述了剩余谱是由发电机源产生的，与总能量谱成比例，由线性阿尔文阻尼项平衡。在2005年发现了一个很好的协议与不可压缩的模拟，然而，最近的太阳风测量不同意这些结果。以前的dynamo-Alfvén理论推广到一个家庭的模型，导致简单的关系之间的剩余和总的能量谱。我们希望根据MHD模拟和太阳风数据详细评估这些模型。该系列的模型进行了测试，对可压缩衰减MHD模拟低马赫数，低交叉螺旋度，零平均磁场，没有或有扩展项（EBM或扩展箱模型）。一个单一的dynamo-Alfvén模型被发现正确地描述太阳风缩放和可压缩模拟没有或有膨胀。它相当于1983-2005年的闭合方程，但具有非线性周转和线性阿尔文时间的临界平衡，而发电机源项保持不变。与以前的不可压缩模拟的差异阐明。该模型预测的总能量和剩余能量$m_R = -1/2 + 3/2 m_T$的光谱斜率之间的线性关系。检查\cite{2013ApJ...770..125C}中的太阳风数据，我们的关系被发现是有效的，无论交叉螺旋度，甚至更好地在高交叉螺旋度，总能量斜率从$1.7$到$1.55$变化。
2016-03-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Rugged magneto-hydrodynamic invariants in weakly collisional plasma turbulence: Two-dimensional hybrid simulation results
Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院天文研究所）；Institute of Atmospheric Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院大气物理研究所）；Department of Electromagnetism and Electronics, University of Murcia（穆尔西亚大学电磁与电子系）
研究了弱碰撞等离子体湍流中磁流体动力学不变量的行为，发现霍尔项对交叉螺旋度影响显著，总能量和交叉螺旋度在不同尺度上有不同衰减和级联特征。
2026-03-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Formation of a Magnetic Flux Rope Prior to the Eruption: Insight from a Radiative MHD Simulation of Active Region Emergence
School of Astronomy and Space Science, Nanjing University（南京大学天文与空间科学学院）；Key Laboratory of Modern Astronomy and Astrophysics (Nanjing University), Ministry of Education（教育部现代天文学和天体物理重点实验室（南京大学））；Astronomical Observatory, Kyoto University（京都大学天文台）；Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University（名古屋大学地球·宇宙环境研究所）
通过辐射磁流体动力学模拟，发现磁通量抵消主导磁绳形成，其源于活跃区域演化中的磁场重组过程。
2025-12-16 astro-ph.SR
Influence of small scale magnetic energy and helicity on the growth of large scale magnetic field
研究了初始给定的小尺度磁能（$E_M(0)$）和螺旋度（$H_M(0)$）对磁流体动力学（MHD）发电机的影响。推导并求解了$E_M$（t）、$H_M$（t）和电动势（$\langle {\bf v}\times {\bf b}\rangle$、$EMF$）的方程。结果表明，由$E_M$（0）引起的小尺度磁场（${\bf b}_i$）改变了$EMF$，并产生了附加项，其影响取决于磁扩散率$η$、初始条件位置（$IC$ s）$k_f$和时间（$\sim e^{-ηk_f^2 t}$）. ${\bf b}_i$增加了能量的反向级联，导致大尺度磁场（$\overline{\bf B}$）的增强生长。模拟数据表明，$E_M$（0）在小规模下提高了增长率，而增长率也成比例地依赖于$H_M(0)$。如果$E_M$（0）相同，则正$H_M(0)$对MHD发电机比负$H_M(0)$更有效。讨论了大尺度磁螺旋度与注入动力学螺旋度符号相反的原因。
2014-04-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Scaling laws and diffuse locality of balanced and imbalanced MHD turbulence
近年来，将强MHD湍流理论推广到非零交叉螺旋度（或能量不平衡）的研究引起了人们极大的兴趣。在我们早期的出版物中，我们进行了三维数值模拟，并表明一些现有的模型与数值不一致。在本文中，我们把注意力集中在低不平衡限制，并进行了新的高分辨率模拟。结果强烈表明，在小的不平衡的限制，我们顺利过渡到一个标准的Goldreich-Sridhar（1995）平衡模型。我们还声称，Perez-Boldyrev（2009）模型预测，由于所谓的“动态对齐”，两个组件的非线性时间尺度相同，强烈矛盾的数字证据。
2010-05-03 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Incompressible Magnetohydrodynamic Energy Cascade Rate Upstream of Mars: Effects of the Total Energy and the Cross-Helicity on Solar Wind Turbulence
本研究基于MAVEN五年数据，分析了火星上游太阳风湍流的不可压缩MHD能量串级率，发现波动处于磁主导状态且存在能量反向传输，并揭示了总能量与交叉螺旋度对串级率的影响。
2024-06-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Magnetic winding -- a key to unlocking topological complexity in flux emergence
磁螺旋度是理想磁流体力学（MHD）的一个不变量，它编码了磁场线的拓扑信息。长期以来，人们一直认为磁拓扑结构是磁流体磁场演化的重要约束。在太阳大气层的应用中，了解磁拓扑对于跟踪磁场的演化和爆发至关重要。目前，在太阳观测中可以测量磁螺旋度通量，但由于各种干扰因素的组合，对结果的解释是困难的。我们建议的重正化的螺旋度通量，\emph{magnetic winding}，可以用来检测更详细的磁场的拓扑特征，从而提供一个更可靠的签名，预测太阳爆发的开始。
2020-09-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlocal Evolution of Magnetic Helicity across the Magnetohydrodynamic-Kinetic Interface
Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学）；Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）；Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia（意大利国家地球物理和火山学研究所）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Ilia State University（伊利亚州立大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Adelaide University（阿德莱德大学）；National Institute for Space Research (INPE)（国家空间研究所）
基于帕克太阳探测器数据，首次证实内日球层存在从太阳到水星轨道附近的持续磁螺度逆级联，并发现谱磁螺度密度符号变化的频率随距离对数递减，挑战了传统随机性假说。
2026-10-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Inverse energy transfer in decaying MHD turbulence: A shell-to-shell analysis
Hamburger Sternwarte, University of Hamburg（汉堡天文台，汉堡大学）
通过壳层到壳层传递函数分析，发现衰减磁流体动力学湍流中能量从小尺度向大尺度的逆传递机制，表现为自相似倍增增长，且仅发生在同号螺旋度扇区内。
2026-05-26 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Direction of cascades in a magnetofluid model with electron skin depth and ion sound Larmor radius scales
本文研究了考虑电子惯性和离子声Larmor半径的二维模型中级联的方向，得到了能量和螺旋度的绝对平衡态的解析表达式。结果发现，通常都在尺度短于电子趋肤深度的能量和磁螺旋度有直接级联，而在大尺度的螺旋度有一个逆级联，如早先建立的减少磁流体动力学（MHD）。研究还发现，陀螺效应的引入允许负温度态（与能量共轭）的存在和能量向大尺度的凝聚。二维和三维扩展MHD模型（MHD与双流体效应）之间的比较表明两者之间的定性协议。
2018-08-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nonhelical inverse transfer of a decaying turbulent magnetic field
在磁螺旋度的存在下，从小尺度到大尺度的逆传递在磁流体动力学（MHD）湍流中是众所周知的，并且在天体物理学、宇宙学和聚变等离子体中有应用。利用高分辨率直接数值模拟的磁主导的自相似衰减MHD湍流，我们报告了类似的逆传输，即使在没有磁螺旋。我们计算的第一次频谱能量转移率表明，这种逆转移是大约一半的强度与螺旋度，但在这两种情况下，在大尺度上的磁增益结果从速度在类似的尺度与小尺度的磁场相互作用。这表明，这两个逆传输是一个普遍的机制，磁主导的湍流的后果。可能的解释包括与局部近二维性相关的均方矢量势的逆级联，以及较浅的$k^2$亚惯性范围动能谱迫使磁场具有$k^4$亚惯性范围以获得更大尺度的相干性。惯性范围显示出清晰的$k^{-2}$谱，是第一个表现出弱湍流标度的完全各向同性磁主导MHD湍流的例子。
2014-11-28 astro-ph.CO astro-ph.SR physics.plasm-ph
Identification of Magnetic Flux Ropes from Parker Solar Probe Observations during the First Encounter
帕克太阳探测器（PSP）在其第一次绕日轨道运行期间观测到了行星际日冕物质抛射（ICME）事件以及许多其他事件。这一事件进行了分析，通过应用小波分析技术，以获得减少磁螺旋度，交叉螺旋度，和剩余能量，其中前两个是磁流体力学（MHD）不变量。结果表明，ICME作为一个大尺度的磁通量绳，具有很高的磁螺旋度，很低的交叉螺旋度，以及很高的负剩余能，从而指向一个磁涨落主导的结构.使用同样的技术，我们还搜索了2018/10/22--2018/11/21期间的小尺度相干磁通量绳结构，这是太阳风中准二维MHD湍流所固有的。从PSP现场航天器测量中确定了持续时间在8到300分钟之间的多个结构。这些结构的位置和规模的特点是归一化约化磁螺旋度，归一化交叉螺旋度和归一化剩余能量的小波频谱图。输运理论认为，这些小尺度磁通量绳可能有助于加速带电粒子通过磁重联过程，这些结构的耗散可能是重要的了解日冕加热过程。
2019-12-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Cross Helicity Reversals In Magnetic Switchbacks
我们考虑2D联合分布的归一化剩余能量$σ_r(s,t)$和交叉螺旋度$σ_c(s,t)$在一天的帕克太阳探测器（PSP）的第一次遇到作为小波尺度$s$的函数。分布的广泛特征与HELIOS以前在慢太阳风中的观测结果相似，即相关性良好，相当Alfvénic，除了在较短的小波尺度上看到的负交叉螺旋度的人口。我们发现，这是由于人口的存在下，磁之字形，短暂的时期，磁场极性反转。在HELIOS数据和极地太阳风中的太阳风数据中，以前都观察到过这样的反转。PSP在第一次遇到它们时所看到的它们的丰度和短时间尺度是一个新的观察结果，它们的确切起源仍然未知。通过分析这些MHD不变量作为小波尺度的函数，我们表明，MHD波确实遵循当地的平均磁场通过之字形，与净Elsasser通量向内传播的领域反转期间，因此，他们必须是当地的扭结在磁场，而不是由于太阳表面上的小区域相反的极性。请记住，此类观测结果很重要，因为在不考虑之字形影响的情况下计算交叉螺旋度可能会导致错误地低估$σ_c$，因为PSP在稍后的轨道中更接近太阳。
2019-12-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Imbalanced kinetic Alfvén wave turbulence: from weak turbulence theory to nonlinear diffusion models for the strong regime
本文采用保留离子有限Larmor半径修正、平行磁场涨落和电子惯性的动力学Alfvén波的双场哈密顿陀螺流体模型，研究了从MHD到亚离子尺度的湍流级联。特别注意的情况下，沿或相反的环境磁场传播的波之间的不平衡。对于弱湍流在电子惯性的情况下，动力学方程的保守量（总能量和广义交叉螺旋）的谱密度。他们提供了一个全球性的描述，在大尺度上减少MHD和电子减少MHD在小尺度上，以前在文献中考虑的制度之间的匹配。在超局域相互作用的限制下，导出了Fourier空间中的Leith型非线性扩散方程，并通过适当修改传输时间，将其推广到强湍流区。讨论了非平衡磁流体力学和平衡亚离子湍流与现有唯象模型的关系。事实证明，在色散效应的存在下，动力学对湍流保持稳定状态的方式很敏感。此外，在亚离子尺度下的总能量谱变得陡峭的广义交叉螺旋通量的增加。
2019-02-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Scale-Locality of Magnetohydrodynamic Turbulence
我们调查的尺度局部性的级联的保守不变量在高动能和磁雷诺数的磁流体动力学（MHD）湍流的“惯性感应范围”，其中速度和磁场增量表现出适当的幂律标度。我们证明，通量的总能量和交叉螺旋度-或者，等价地，通量的Elsässer能量-占主导地位的本地三和弦的贡献。当使用倍频程波数带定义时，相应的频谱转移也是尺度局部的。磁螺旋度的通量和传递可能受非局域三元组的支配。磁拉伸项也可能占主导地位的非本地三和弦，但我们证明，它可以转换能量之间的速度和磁模式在可比的尺度。我们解释了与数值研究的分歧，声称转换nonlocally不同尺度之间。我们目前的支持数据，从$1024^3$模拟强迫MHD湍流。
2009-12-18 astro-ph.SR
A review of the possible role of constraints in MHD turbulence
本文综述了近年来磁流体力学（MHD）湍流尺度间能量分布的研究进展。为此目的采用了各种工具，并通过考虑理想（非耗散）不变量，即总能量、磁螺旋度以及速度与磁场之间的互相关（集中在三维情况下），发挥了核心作用。这些概念，主要是基于理论，模型和直接的数值模拟，被简要地放在观测的背景下，特别是太阳风，以及一些剩余的开放的问题进行了划定。文中还提到了利用推广到MHD的泰勒-格林流在直至$6144^3$点的等效网格上进行三维理想MHD动力学研究的新结果。
2012-11-04 astro-ph.SR nlin.CD physics.plasm-ph
Stochastic Particle Acceleration by Helical Turbulence in Solar Flares
只有当磁场偏离一个位场时，日冕中的磁能才有可能发生耀斑释放。我们发现，在非势磁场上激发的线性MHD模具有非零的动力学螺旋度。因此，这必然会导致湍流的明显动力螺旋度，该湍流由初级能量释放在耀斑地点产生的具有各种尺度和随机相位的线性模式组成，这对于许多应用来说可能很重要。特别是，一个非零的湍流螺旋度有一个潜在的强烈影响的粒子加速，因为湍流的螺旋分量诱导的平均规则的大尺度（DC）电场能够直接加速带电粒子，除了通常认为的随机湍流电场。本文推导了在大尺度扭曲磁场上激发的线性MHD模的动力学螺旋度密度，估算了相应的湍流螺旋度，并考虑了湍流螺旋度对粒子随机加速的影响，特别地，我们将诱导的平均电场与电子和估算的有效离子Dreicer场进行了比较。我们已经发现，这一迄今为止缺失但非常重要的耀斑现场湍流成分可以负责耀斑中的热能与非热能的分配，通过控制粒子从热池中提取的过程和种子粒子群的形成，然后随机加速到更高的能量。此外，它也与令人困惑的耀斑现象相一致，如电子和质子发射点的空间分离、电子束的形成以及$^3He$和其他稀有离子对加速粒子群的富集。
2012-11-29 astro-ph.SR
Mean electromotive force proportional to mean flow in mhd turbulence
在平均场磁流体力学中，由速度和磁场涨落引起的平均电动势起着至关重要的作用。一般来说，它由两部分组成，一部分与平均磁场无关，另一部分与平均磁场成比例。第一部分可以仅在存在MHD湍流的情况下为非零，例如，小型发电机的作用。它相当于一个电池，它让平均磁场从零增长到一个有限的值。第二部分包括，例如，α效应对于大型发电机是重要的。到目前为止，只讨论了上述平均电动势第一部分的几个例子。它表明，平均电动势的平均流体速度成正比，但独立的平均磁场，可能会发生在一个原来均匀的各向同性磁流体湍流，如果有非零相关的速度和电流波动，或什么是等价的，涡量和磁场波动。这超越了吉泽效应，吉泽效应在于平均电动势的出现，平均电动势与平均涡度或与旋转坐标系中定义科里奥利力的角速度成比例，并取决于由速度和磁场波动定义的交叉螺旋度。由于湍流的不均匀性的平均电动势的贡献也被认为是。以上和相关的发现可能产生的后果宇宙天体的磁场进行了讨论。
2009-10-01 astro-ph.SR
Characterisation of the turbulent electromotive force and its magnetically-mediated quenching in a global EULAG-MHD simulation of solar convection
我们对Passos等人在2014年提出的全球磁流体动力学对流的EULAG-MHD千禧年模拟进行了平均场分析。模拟中的湍流电动势与周期性轴对称平均磁场及其一阶空间导数线性相关。在模拟的正交平面中的每个网格点处，这种假设关系涉及27个独立的张量系数。在Racine等人2011的基础上，我们通过基于奇异值分解的最小二乘最小化过程从模拟数据中提取这些系数。重建的α张量与Racine等人2011年获得的结果一致，他们在拟合中没有包括平均场的导数，以及Augustson等人2015年从不同的ASH MHD模拟中提取的α张量。湍流磁扩散率张量β的各向同性部分是正定的，在对流流体层的中间达到5.0x10^7 m2 s-1的值。α_phiphi和β_phiphi分量的空间变化很好地再现下的SOCA下得到的表达式，与一个良好的匹配的振幅需要的湍流相关时间约5倍小于小尺度湍流的估计周转时间。我们发现的α-效应的磁淬灭主要是由减少的小尺度流的动力学螺旋度，与电流螺旋度的变化在模拟域中的大多数位置中发挥较小的作用。我们的湍流扩散率淬火的测量仅限于β_phiphi组件，但表明较弱的淬火，由1.36的一个因素，比α效应，在我们的模拟下降了三个因素之间的最小和最大阶段的磁循环。
2016-04-06 astro-ph.SR
Equatorial magnetic helicity flux in simulations with different gauges
我们使用直接的数值模拟强迫MHD湍流的强制功能，产生两个不同的迹象动力学螺旋度的上部和下部的域。我们表明，从小尺度场之间的域的两个部分的磁螺旋度的平均通量可以描述的Fickian扩散定律的扩散系数，是近似独立的磁雷诺数和约三分之一的估计湍流磁扩散率。这些数据表明，湍流扩散磁螺旋度通量只能预期减轻灾难性的淬火在雷诺数超过几千。我们进一步计算了三种不同规范下的磁螺旋度密度和磁螺旋度通量。我们考虑外尔规范，其中静电势为零，伪洛伦兹规范，其中光速被声速取代，和“电阻规范”，其中磁矢势的拉普拉斯算子作为电阻项。我们发现，在统计稳定状态下，时间平均磁螺旋度密度和磁螺旋度通量在所有三个规范是相同的。
2009-11-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modeling the turbulent cross-helicity evolution: Production, dissipation, and transport rates
人们已经认识到，湍流交叉螺旋度（速度和磁场波动之间的相关性）可以发挥重要的作用，在几个磁流体动力学（MHD）等离子体现象，如全球磁场的产生，湍流抑制等，尽管其相关性的交叉螺旋度的演变，很少有人注意到湍流交叉螺旋度的耗散率，$ε_W$。本文考虑湍流交叉螺旋度耗散率的模型表达式。在代数模型的基础上，根据非均匀湍流的统计分析理论，提出了$ε_W$的演化方程。采用$ε_W$湍流模型模拟太阳风湍流。将数值模拟结果与卫星观测结果进行了比较。结果表明，就太阳风应用而言，$ε_W$的最简单的代数模型足以阐明太阳风湍流的大尺度空间演化。并讨论了横螺旋度演化对大尺度速度结构（如速度切变和流动膨胀）的依赖性。
2011-07-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Determining the Transport of Magnetic Helicity and Free Energy in the Sun's Atmosphere
磁自由能的有效性和磁螺旋度守恒的约束是决定日冕活动的重要因素。直接测量日冕体积中的螺旋度和磁自由能是困难的，但它们的值可以通过测量螺旋度和通过光球的自由能传输率来估计。我们研究这些传输率的拓扑开放系统，如日冕，其中的磁场有一个非零的正常成分在边界处，并推导出一个新的公式螺旋度传输率的边界。此外，我们推导出新的表达式螺旋度运输由于通量出现/淹没与光球水平运动。我们的公式的关键特征是它们是明显的规范不变的。我们的结果是有点违反直觉的，只有层状电场产生的表面电位跨边界传输螺旋度，和螺线管电场产生的表面流函数不有助于螺旋度传输。我们讨论这个结果的物理解释。此外，我们推导出的自由能传输率的表达式，并表明，自由能传输跨越边界的必要条件是在表面上存在一个封闭的磁场，表明有电流系统内的体积。我们讨论了这些结果的影响，使用光球矢量磁场和速度场的测量，得出太阳日冕螺旋度和磁自由能，然后可以用来约束和驱动模型的日冕活动。
2019-07-24 astro-ph.SR
Entanglement of helicity and energy in kinetic Alfven wave/whistler turbulence
研究了在相对强的外磁场$b_0 {\bf e_\parallel}$存在下，磁螺旋度在动力学Alfvén波和斜哨声湍流中的作用.在这种情况下，湍流是强烈的各向异性和流体方程描述这两个制度是约化电子磁流体力学（REMHD）的推导，最初从回旋理论，也得到这里从可压缩霍尔MHD。我们使用Galtier \& Bhattacharjee（2003）导出的渐近方程来研究弱湍流区的REMHD动力学。分析的重点是磁螺旋度方程，我们得到的精确解：它们对应的纠缠关系，$n+\tilde n = -6$，其中$n$和$\tilde n$是垂直（${\bf b_0}$）波数磁能和螺旋度谱的幂律指数分别。因此，过去仅从能量方程导出的光谱，即$n=-2.5$和$\tilde n = - 3.5$，不是这个问题的唯一解决方案，而是表征直接能量级联。解$\tilde n = -3$是局部性条件的一个极限，它也是解析地得到的常螺旋度通量解。所获得的结果提供了一个新的范例，以了解太阳风湍流在亚离子尺度，它是经常观察到的$-3 < n < -2.5$。
2014-06-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Unappreciated cross-helicity effects in plasma physics: Anti-diffusion effects in dynamo and momentum transport
利用多尺度重整化微扰展开分析方法，研究了磁流体湍流中的交叉螺旋度（速度-磁场关联）效应对磁场感应和动量输运的影响。该理论的轮廓是参照速度和磁场之间的交叉相互作用的响应函数的作用。在这个公式中，湍流通量的表达式：湍流电动势（EMF）的平均感应方程和雷诺应力和湍流麦克斯韦应力的动量方程。与电动势的表达式相关，讨论了发电机中交叉螺旋度效应以及其他发电机效应的物理起源。为了理解湍流交叉螺旋度的实际作用，考虑了它的输运方程。通过实例讨论了交叉螺旋度的几种产生机制。在交叉螺旋度产生机制的基础上，讨论了交叉螺旋度在恒星发电机中的作用。交叉螺旋度的动量输送和全球流动的产生中的作用进行了论证。回顾了快速重联中湍流效应的特征，特别强调了交叉螺旋度在有效电阻率局部化中的作用。最后，一个注释是解决的方法，阐明了结构的生成和维持在非常强的湍流。需要一个适当的反扩散效应公式，它与通常的扩散效应相反。与传统的启发式模型相比，基于这种解析公式的湍流模型方法也被认为是。自洽框架处理的平均场和湍流之间的非线性相互作用的重要性，以及强调。
2023-03-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Nature and Scalings of Density Fluctuations of Compressible MHD Turbulence with Applications to the Solar Wind
太阳风是一种磁化的、湍流的等离子体。它的湍流通常由阿尔夫维尼克波动主导，并且通常被认为在远离太阳的地方几乎不可压缩，如1AU附近的现场测量所示。然而，对于更靠近太阳的太阳风，等离子体$β$减小（通常低于1），而湍流马赫数$M_t$增加（可以接近1，例如，跨音速波动）。这些条件可能会产生明显更强的可压缩效应，其特征是密度波动增强，正如几次空间飞行任务所看到的那样。本文对湍流进行了一系列三维MHD模拟，以了解可压缩湍流的性质，特别是密度波动的产生。我们发现，在等离子体$β$、交叉螺旋度和多方指数的很宽的参数空间范围内，湍流密度涨落的尺度线性地作为$M_t$的函数，其尺度系数对参数的依赖性很弱.此外，通过详细的时空分析，我们表明，密度波动是由低频非线性结构，而不是可压缩MHD本征波。这些结果对于理解可压缩湍流如何有助于太阳附近的太阳风加热可能是重要的。
2022-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
