Latitude Quenching Nonlinearity in the Solar Dynamo
本文基于1923–1985年磁谱斑与太阳黑子观测，比较太阳发电机的倾角淬灭和纬度淬灭机制，并通过表面磁通量输运模型表明纬度淬灭占主导，发电机有效范围小于10度。
2024-12-03 astro-ph.SR
The fluctuating α-effect and Waldmeier relations in the nonlinear dynamo models
本文研究了利用具有涨落α效应的平均场发电机模型再现太阳黑子活动周期的统计关系，如Waldmeier关系、周期-振幅关系和周期上升率-振幅关系的可能性。发电机模型包括α效应的长期涨落和平均场对α效应的两种非线性反馈，即代数猝灭和由磁螺旋度产生引起的动态猝灭。我们发现，该模型能够定性和定量地再现的倾斜和分散的Waldmeier关系与α效应的20%的波动。动态猝灭模型比代数α猝灭模型更符合观测。我们比较了模型参数的统计分布，如振幅，周期，太阳黑子周期的上升和衰减率，与观测。
2011-10-13 astro-ph.SR
The need for active region disconnection in 3D kinematic dynamo simulations
在本文中，我们解决的表面通量演化之间的差异，在一个三维运动发电机模型和二维表面通量传输模型，已密切校准到真正的太阳。我们证明，差异是由于在对流区的基础上，这是不占在仅表面模型的环形场的活动区域的连接。最初，我们考虑一个单一的活动区域的衰减，首先在一个简化的笛卡尔2D模型，随后的完整的3D模型。通过改变对流区中的湍流扩散率分布，我们发现，增加扩散率-使活动区域更迅速地从对流区的底部断开-改善了表面场的演变。然而，如果我们模拟一个完整的太阳活动周期，我们发现发电机无法在这种增强的扩散率下维持自己。这表明，为了准确地模拟太阳活动周期，我们必须找到一种替代方法来断开新兴的活动区域，同时保持磁通量。
2019-07-05 astro-ph.SR
Quenching of Meridional Circulation in Flux Transport Dynamo Models
在最近的观测结果（太阳黑子极大值时太阳的经向环流变得较弱）的指导下，我们在太阳发电机模型中纳入了经向环流的参数猝灭，使得当对流区底部的磁场较强时，经向环流变得较弱。我们发现，如果对流区的扩散率小于2 * 10^{11} cm ^2/s，则通量传输太阳发电机在包含对流环流的淬灭时趋于不稳定。然而，α的淬灭具有稳定效果，并且可以用足够强的α淬灭来稳定具有低扩散率的发电机。对于具有高扩散系数的发电机模型，对流循环的猝灭不会产生大的影响，发电机保持稳定。我们从扩散率为2.8 * 10^{12} cm ^2/s的发电机模型中给出了一个类太阳解，其中纬向环流的猝灭使纬向环流随观测到的太阳活动周期而周期性变化，并且对发电机没有任何其他显著的影响。
2012-01-02 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Can catastrophic quenching be alleviated by separating shear and alpha effect?
作为大规模发电机的副产品而产生的小规模磁螺旋度被认为在发电机饱和中起主要作用。在平均场模型中，小尺度磁螺旋度的产生可以用动力学猝灭理论来模拟。突变猝灭是指饱和场强随雷诺数的增加而减小。有人认为，灾难性淬火只影响非零螺旋湍流的区域（即运动学α作用的区域），通过将强剪切区域与α层分离，可以减轻灾难性淬火。本文对雷诺数在1 < Rm < 10^5范围内的球壳中的简单轴对称双层α-ω发电机进行了系统的研究。在动态淬火的框架中，我们表明，这可能不是这种情况下，这表明磁螺旋通量将是必要的。
2010-05-31 astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes in interface and flux transport dynamos
太阳和其他天体中的发电机倾向于产生磁场，这些磁场在大尺度和小尺度上分别具有相反符号的磁螺旋度。在小尺度上磁螺旋度的积累提供了一个重要的饱和机制。为了理解太阳发电机的本质，我们需要了解球面几何中饱和机制的细节。特别是，我们想了解的影响，磁螺旋度通量的湍流和纬向环流。我们考虑一个模型，只是径向剪切局限于一个薄层（速跃层）在对流区的底部。由于螺旋湍流的动力学α被假定为局部化在对流区上方的区域中。动力学淬火形式主义是用来描述的平均磁螺旋度的模型中，这导致在一个反馈的动力学α效应的磁α效应的建立。在某些情况下，我们使用一个简单的代数α淬火公式得到的结果进行比较。与早期的研究结果一致，在动态α淬火形式主义的磁α效应具有相反的符号相比，动力学α效应，并导致灾难性的减少，随着磁雷诺数的饱和磁场强度。然而，在高纬度地区，由于α的符号相反，这种猝灭效应会导致二次发电机波向极地传播。来自湍流混合和涡旋环流的磁螺旋度通量减轻了灾难性的猝灭。
2010-05-28 astro-ph.SR
A Three- dimensional Babcock-Leighton Solar Dynamo Model with Non-axisymmetric Convective Flows
光球上观测到的对流（例如，超粒化（supergranulation，granulation）在从太阳黑子场产生大尺度极场的Babcock-Leighton（BL）过程中起关键作用。在大多数的地面通量输运（SFT）和BL发电机模式中，地面场的扩散和迁移被模拟为有效的湍流扩散。我们提出了第一个运动学三维FT/BL模型，明确纳入现实的对流太阳观测的基础上。获得的结果通常与观察到的表面通量演变以及湍流扩散率为$3 \times 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$（300 km $^2$ s $^{-1}$）数量级的非对流模型非常一致。然而，我们发现，湍流扩散系数的使用低估了发电机效率，产生较弱的平均场和较短的周期。
2018-09-18 astro-ph.SR
Dynamical quenching with non-local alpha and downward pumping
根据新的结果，Brandenburg & Kapyla（2007）的一维平均场发电机模型与动力学猝灭和非局域Babcock-Leighton α效应重新审查的太阳发电机。我们扩展了一维模型，以包括湍流向下泵浦的影响（Kitchatinov & Olemskoy 2011），并将动态淬火与剪切相结合。我们使用Kleeorin和Ruzmaikin（1982）的传统动力学猝灭模型和Hubbard和Brandenburg（2011）的替代模型，并确认在α效应中具有不同水平的非局域性，以及可能的剪切，饱和场强可以与磁雷诺数无关。
2014-12-02 astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes in alpha Omega dynamos
在湍流发电机中，大尺度磁场的产生伴随着磁螺旋度在尺度上的分离。大规模和小规模的部分在数量上增加。小规模的部分，最终可以对发电机和淬火，特别是在高磁雷诺数。本文提出了一个发电机的一维平均场模型，其中域内的扩散磁螺旋度通量是重要的。事实证明，这种效应有助于缓解淬火。在这里，我们表明，内部磁螺旋通量，即使在一个半球，可以是重要的，以减轻灾难性的淬火。
2011-08-23 astro-ph.SR
Jets from accretion disk dynamos: consistent quenching modes for dynamo and resistivity
本研究通过非理想 MHD 模拟探讨了吸积盘发电机对喷流发射的影响，发现引入发电机和磁扩散率的一致淬灭模型后，Blandford-Payne 机制能产生更准直但更慢的喷流，并在低 Coriolis 数下引发间歇性耀斑。
2022-07-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Generalized quenching of large-scale magnetic dynamos in anisotropic flows
伴随着大尺度上相反符号增长的小尺度磁螺旋度的建立是平均场发电机的传统动力学猝灭理论的核心。然而，传统的形式主义假设各向同性湍流，从而排除了磁洛伦兹反反应的一部分。这使得它不足以预测一般各向异性流动的完全淬火。为了克服这一不足，我们推导出一个新的广义淬火形式主义，包括充分的反作用洛伦兹力，和一个新的“选择性阻尼$τ$“封闭，保持磁螺旋。我们应用的形式主义的$\bmα^2$发电机的例子，并显示其预测淬火不同情况下的湍流-各向同性螺旋，各向异性螺旋，各向异性非螺旋。它预测强于常规淬火一般，但减少到传统的情况下，在螺旋各向同性的限制。
2020-06-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Current helicity constraints in solar dynamo models
我们调查在何种程度上，目前在太阳活动区观测到的螺旋度分布是兼容的太阳发电机模型。我们使用一个先进的二维平均场发电机模型发电机行动主要集中在底部附近的对流区，发电机饱和的基础上的演变的磁螺旋度和代数淬火。为了比较，我们还研究了一个更基本的二维平均场发电机模型与简单的代数α淬火。利用这些数值模型，我们得到了小尺度电流螺旋度和大尺度磁螺旋度的蝶形图，并与观测得到的活动区电流螺旋度的蝶形图进行了比较。这种比较表明，目前的螺旋度的活动区，估计由$-A \cdot B$评估的深度，从活动区的出现，类似于观测数据比小尺度的电流螺旋度直接计算的螺旋度演变方程。这里，$B$和$A$分别是发电机产生的平均磁场及其矢势。
2012-12-07 astro-ph.SR
Neural Differential Equations for the Solar Dynamo
Moscow State University（莫斯科大学）；Institute of Continuous Media Mechanics（连续介质力学研究所）；Perm National Research Polytechnic University（彼尔姆国立研究波利亚技术大学）；IZMIRAN（地球磁场、电离层和无线电波传播研究所）
本文提出利用神经网络模型和神经微分方程，通过观测数据拟合太阳黑子周期，揭示α淬灭函数与磁极数的关系，为磁极理论的闭合问题提供新方法。
2026-03-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Small-scale magnetic helicity losses from a mean-field dynamo
使用平均场模型与动态淬火形式主义，我们表明，在有限域磁螺旋通量与小尺度磁场能够减轻灾难性的淬火。我们认为，无论是从平流的平均流量，湍流混合的平均小尺度磁螺旋度浓度的梯度，或明确的删除，这可能与太阳中的日冕物质抛射的影响，导致通量。在没有剪切的情况下，所有的小尺度磁螺旋度通量被发现是同样强的大尺度和小尺度领域。在剪切的存在下，也有一个额外的磁螺旋通量与平均场，但这种通量并不能减轻灾难性的淬火。在发电机活跃区之外，既没有磁螺旋度的源也没有磁螺旋度的汇，因此在稳定状态下，这种通量必须是恒定的。结果表明，非物理行为出现，如果小尺度磁螺旋度通量被迫消失在计算域。
2009-05-03 astro-ph.SR
Negative Magnetic Diffusivity beta replacing alpha effect in Helical Dynamo
阿尔法效应是太阳或行星极向磁场不可或缺的能量来源。然而，由于磁螺旋度的守恒，当磁场增大时，α效应被淬灭。根据这些传统的理解，究竟是什么产生并维持了观测到的极向磁场仍然是一个谜。为了解决理论与实际之间的矛盾，我们利用大尺度磁螺旋度和能量导出了α和β的半解析表示。将模拟数据应用于α和β，我们发现负β效应是淬灭α效应的一个有希望的替代。然而，由于负β效应与传统的发电机理论相矛盾，我们推导了新的β表达式参考场结构模型。由速度U与磁场B的场关系得到的解析结果表明，螺旋系统中的β效应不是固定的。相反，它在发电机中起着可变的和动态的作用，这取决于极向速度场和大尺度磁场的相对强度之间的相互作用。
2019-11-04 astro-ph.SR physics.geo-ph physics.plasm-ph
Surface flux evolution constraints for flux transport dynamos
太阳磁场的表面通量输运（SFT）模型包含经验上良好约束的速度和磁场。该模型较好地描述了太阳大尺度表面磁场的基本演化。SFT模型的方位平均演化可以与通量输运发电机（FTD）的表面演化进行比较，并且SFT模型的演化可以用于约束FTD模型的几个近表面性质。我们比较了FTD模型的结果与不同的上边界条件和扩散率剖面对SFT模型的结果。在FTD模型的成分中，与正扩散率梯度相关的磁通量的向下泵送在减缓磁通量通过太阳表面的扩散径向传输方面具有显著效果。如果抽吸足够强，在近表面边界层中产生磁雷诺数为5的下降流，则使用垂直边界条件的FTD与基于边界层上方平均速度的SFT模型相匹配。带有势场的FTD模型无法匹配SFT结果。
2012-05-05 astro-ph.SR
Dependence of magnetic cycle parameters on period of rotation in nonlinear solar-type dynamos
太阳型恒星的磁活动参数取决于恒星对流区发电机过程的性质。本文应用非线性平均场轴对称$α^2Ω$发电机模型计算了自转周期为15 ~ 30天的太阳类星体表面的发电机周期、总磁通量和坡印亭磁能通量等磁循环参数。该模型考虑了大尺度发电机的主要非线性机制，如磁螺旋度守恒，磁浮力，以及磁力对对流区内角动量平衡的影响。此外，我们考虑两种类型的发电机模型。分布式（D型）模型采用分布在整个对流区的标准α效应。“边界”（B型）模型采用非局部α效应，它被限制在对流区的边界。D型和B型模型都表明，恒星自转速率越大，发电机产生的磁通量越大。{It发现在所考虑的转动周期范围内，磁螺旋度守恒对发电机的非线性猝灭有最显著的影响。这种猝灭在B型发电机模型中比在D型发电机模型中更有效。D型发电机再现了观测到的太阳类似物的周期周期对自转速率的依赖性。对于周期为15天的太阳模拟旋转，我们发现非线性发电机制度与多重周期。
2015-05-07 astro-ph.SR
The nature of mean-field generation in three classes of optimal dynamos
近年来，已经发现了几个最优发电机。它们使磁能量耗散最小化，或者等价地，在固定的磁雷诺数下使增长率最大化。在Willis（2012，Phys.Rev.Lett. 109，251101），我们发现平均场发电机行动的平面平均。磁场的一个分量呈指数增长，而另一个分量在开始时以振荡方式衰减。这种行为与α ^2发电机的行为不同，在α ^2发电机中，平面平均值的两个非零分量是耦合的，并且具有相同的增长率。对于威利斯发电机，我们发现，平均场是由一个负的湍流磁扩散率，它有一个非均匀的空间轮廓附近发病。衰减分量中的时间振荡是由扩散率张量的对应分量在平均场衰减时是复杂的并且以这种方式依赖于时间引起的。增长的平均场可以由负的磁扩散率与正的磁超扩散率相结合来模拟。在Chen等人（2015，J. Fluid Mech. 783，23）的另外两类最优发电机中，我们在某种程度上发现了类似的平均场发电机作用。当磁边界条件混合时，当发电机为15%超临界时，平面平均场的两个分量以不同的速率增长。当平均磁场满足齐次边界条件（其中磁场是切向的边界），平均场发电机行动被发现的一维平均，但不是平面平均。尽管有不同的空间分布，两个发电机显示负湍流磁扩散率。我们的发现表明，负湍流磁扩散率可能支持更广泛的发电机比以前认为，包括这三个最佳发电机。
2019-12-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Modeling spatio-temporal nonlocality in mean-field dynamos
当空间和时间尺度分离较差时，α效应和湍流扩散系数必须用积分核代替。早期的工作在计算这些内核使用测试场的方法，现在推广到的情况下，空间和时间尺度分离是穷人。核的近似形式是这样的，它可以被处理在一个简单的方式，通过求解偏微分方程的平均电动势。对于振荡的α切变发电机和α ^2发电机（α关于赤道反对称，使得这种发电机也是振荡的），可以求解由此得到的平均场方程。在这两种情况下，发电机数的临界值降低的事实，发电机是振荡的。
2011-10-13 astro-ph.SR
Instability-driven interfacial dynamo in protoneutron stars
日震学已经证明了太阳中速跃层的存在。目前还不清楚类似的剪切层，被广泛认为是磁发电机行动的座位，也存在于质子中子星。磁扩散率$η$和湍流涡度$α$的突然跳跃，例如在中子指和对流区之间的界面处，已知能够增强质子中子星中的平均场发电机效应。在这里，我们适用于众所周知的，平面平行，麦格雷戈-夏博诺分析的太阳能界面发电机的质子中子星的问题，并计算分析的增长率在一系列条件下。结果表明，像太阳发电机，它是不可能实现自我维持的增长，如果在$α$，$η$，和剪切的不连续性是一致的，磁扩散率是各向同性的。相反，当$η$和$α$中的跳跃位于远离剪切层时，自维持增长可能持续$P\lesssim 49.8$ ms（如果速度剪切位于$0.3R$）或$P\lesssim 83.6$ ms（如果速度剪切位于$0.6R$）。这转化为比太阳中更强的剪切和/或$α$效应。如果磁扩散率是各向异性的，则通过${\bfΩ}\times{\bf{J}}$效应，即使当$α$、$η$和剪切不连续性重合时，自维持生长也是可能的。
2011-08-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Analytic Origin of Advection of Magnetic Fields by Diffusivity Gradients
从磁感应强度方程出发，推导了由于磁扩散率梯度引起的磁场平流。我们讨论的物理例子，并比较我们的结果在文献中。我们的感应和扩散方程可能是有用的太阳发电机的研究，空间和实验室等离子体。
2013-09-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Robustness of oscillatory $α^2$ dynamos in spherical wedges
我们使用简单的平均场$α^2$发电机研究了球楔和全球壳几何之间的联系。我们解决了一个一维的时间相关的平均场发电机的方程，以检查不同的纬度边界和球坐标中的极点之间的极角$θ_0$的影响。我们研究了湍流磁扩散率和$α$效应剖面以及不同纬度边界条件的影响，以隔离振荡解的参数区域。最后，我们添加剪切和模拟径向梯度的阻尼项来研究由此产生的发电机区域。我们发现，通常使用的完美导体边界条件导致振荡的$α^2$发电机解决方案，只有当楔形边界是至少一个度远离极点。其他边界条件总是产生定常解。通过单独改变湍流磁扩散率的轮廓，振荡的解决方案与延伸到极点的模型实现，但磁场是强烈集中在极点附近的振荡周期是很长的。通过引入径向剪切和模拟径向梯度的阻尼项，我们再次看到振荡发电机，漂移的方向遵循帕克-吉村规则。振荡的解决方案，在弱剪切制度中发现，只有在楔的情况下，与$θ_0 = 1^\circ$和完美的导体边界。一个减少$α$效应与湍流扩散率集中向赤道附近的极点产生振荡发电机与赤道迁移和再现最好的解决方案，在球楔。
2016-01-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Negative magnetic eddy diffusivity due to oscillogenic $α$-effect
本文用多尺度稳定性理论的渐近方法研究了仅涉及小空间尺度的不可压缩流体稳态镜像反对称流的大尺度运动发电机作用。事实证明，由于磁$α$ -效应在这样的流动，大尺度平均场经历谐波振荡的时间尺度O（$\varepsilon t$）没有增长或衰减。这里，$\varepsilon$是空间尺度比，而$t$是流周转时间量级的快时间。伴随的波动磁场与流动的相互作用引起各向异性的磁涡流扩散率，其对大尺度波矢量的方向的依赖性一般表现出奇异行为，因此对于任何分子的磁扩散率都是负的涡流扩散率。因此，这样的流动总是作为运动发电机的时间尺度O（$\varepsilon^2t$）;在涡扩散率是无限的方向，大规模的平均场增长率是有限的尺度O（$\varepsilon^{3/2}t$）。我们研究数值两个样本流的发电机机制。
2019-05-07 astro-ph.SR math.AP nlin.CD
Shear-driven and diffusive helicity fluxes in alpha-Omega dynamos
我们提出了非线性平均场α-欧米茄发电机模拟在球形几何形状的简化配置文件的运动学α效应和剪切。我们考虑到磁螺旋度的演变，通过求解一个动力学方程的磁α效应。这给出了一个一致的平均场发电机模型中的猝灭机制的描述。这项工作的主要目标是探索这种淬灭机制在类太阳几何形状的影响，特别是调查的作用，磁螺旋通量，特别是扩散和Vishniac-Cho（VC）通量，在大的磁雷诺数（Rm）。对于具有负径向切变或正纬向切变的模型，磁α效应在北（南）半球主要具有负（正）符号。在没有磁通量的情况下，我们发现磁能与Rm^-1有关，这在以前的工作中已经发现。这种灾难性的猝灭在具有扩散磁螺旋度通量的模型中得到了缓解，即使在Rm= 10 ^7的情况下，这种扩散磁螺旋度通量也能产生与均分值相当的磁场。另一方面，具有剪切驱动的Vishniac-Cho通量的模型显示出相对于没有通量的模型，磁场的幅度增加，但仅限于Rm<10 ^4。这主要是假设太阳外存在真空的结果，真空不能支持大量的VC通量穿过边界。然而，与扩散磁通相比，VC磁通改变了磁场的分布。此外，如果VC通量的表达式中的一个不确定的比例因子足够大，亚临界发电机行动是可能的，这是由剪切和当前螺旋度通量的发散的作用驱动。
2010-05-26 astro-ph.SR
Large-scale dynamo action of magnetized Taylor-Couette flows
具有准开普勒旋转定律的含有环形磁场的导电Taylor-Couette流作为Tayler-Spruit型的平均场发电机模型。流动对非轴对称扰动是不稳定的，这些扰动形成定义$α$效应和涡流扩散率的电动势。如果用相同的功率激发具有$m=\pm 1$的两个简并模式，则全局$α$效应消失，发电机不能工作。然而，它示出，泰勒不稳定性产生有限的$α$效果，如果只考虑一个孤立的模式，但这种固有的螺旋度的单模是太低的$α^2$发电机。此外，具有准开普勒旋转的$α\Om$发电机模型需要${\rm Rm}\simeq 2.000$的最小磁旋转雷诺数才能工作。它是否真的起作用取决于对湍流能量的假设。然而，对于磁场上的湍流强度的陡于二次依赖性，发电机仅在所得到的磁涡流扩散率接近其微观值$η_{\rm T}\simeq η$时才被激发。通过基本上较低或较大的涡流扩散系数，发电机不稳定性被抑制。
2020-02-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent processes and mean-field dynamo
本文探讨了平均场发电机理论在太阳物理中的应用，分析了多种湍流效应及其对现代太阳发电机模型的影响，并介绍了从对流局部模拟推导湍流输运系数的方法。
2023-11-22 astro-ph.SR
A 3D kinematic Babcock Leighton solar dynamo model sustained by dynamic magnetic buoyancy and flux transport processes
等离子体流和磁场之间的磁流体动力学相互作用是11年太阳黑子周期的起源和维持的基础。这些过程本质上是三维的。我们的目标是构建一个三维太阳发电机模型，一方面捕捉浮力出现倾斜的双极太阳黑子对，另一方面产生周期性的大规模场逆转介导的表面通量传输过程-即巴布科克-莱顿机制。我们进行运动学发电机模拟，其中规定的速度场是一个组合的太阳像差旋转和对流环流，以及参数化的湍流扩散。我们使用一种新的方法，通过磁场强度依赖的三维螺旋上升流，导致形成倾斜的双极太阳黑子的磁浮力建模。在我们的模拟中产生的双极点通过Babcock-Leighton机制参与极线场产生的过程，导致自持和周期性的大规模磁场反转。我们的参数空间的研究不同的振幅的对流区的扩散率，和参数的磁浮力机制的效率，揭示了它们的相对作用，在确定太阳黑子周期的属性，如振幅，周期，和动态记忆相关的太阳周期预测。我们还得到了一个新的发电机数的巴布科克-莱顿太阳发电机机制，合理地捕捉我们的模型动态。这项研究阐明了太阳对流区不同通量传输过程在确定太阳黑子周期的性质和物理过程中的相对作用，并可能导致现实的，数据驱动的3D发电机模型，用于太阳活动预测和探索恒星磁性和其他恒星中的恒星黑子形成。
2019-01-14 astro-ph.SR
Flux-transport and mean-field dynamo theories of solar cycles
我们指出的困难，进行直接数值模拟的太阳发电机问题，并认为，运动学平均场模型是我们最好的理论工具，目前详细解释太阳活动周期的各个方面。最有前途的运动学平均场模型是通量输运发电机模型，其中环向场由速跃层中的差动旋转产生，极向场由太阳表面的Babcock-Leighton机制产生，纬向环流起着至关重要的作用。取决于扩散率是高还是低，无论是扩散率或对流环流提供了主要的传输机制的极向场到达对流区的底部从顶部。我们指出，高扩散率通量输送发电机模型是一致的观测数据的各个方面。太阳活动周期的不规则性主要是由巴布科克-莱顿机制和日冕环流的波动产生的。我们总结了最近的工作，在磁通量传输发电机的纬向环流的波动，导致解释等事情的Waldmeier效应。
2012-11-02 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Delayed Babcock-Leighton dynamos in the diffusion-dominated regime
上下文Babcock-Leighton型太阳发电机模型通常假设磁通量管的上升是瞬时的。具有高磁扩散率的溶液具有太短的周期和其活动带的错误迁移。通常只考虑低扩散率区的平流纬向流。目的。在本文中，我们讨论了这些假设，并应用了时间延迟的源项的方位平均感应方程。该延迟被设置为据称在速度跃层处形成的磁通量管的上升时间。我们研究的延迟，这增加了空间非局部性的非线性时间的，在平流，但特别是在扩散制度的效果。方法. Fournier等人（2017）根据自转等恒星参数和对流区底部的磁场强度获得了上升时间。这些结果使我们能够约束参数研究中使用的平均场模型中的延迟。结果我们发现了一个未知的解族。这些解决方案自猝灭，并表现出更长的时间比他们的非延迟的同行。此外，我们证明了非线性延迟是负责恢复向赤道迁移的活动带在高湍流扩散率。结论.通过在Babcock-Leighton发电机模型中引入非线性时间非局域性（延迟），我们可以得到与扩散主导区域中的太阳蝶形图定量相当的解.
2018-08-24 astro-ph.SR
On the role of numerical diffusivity in MHD simulations of global accretion disc dynamos
本文指出全局吸积盘MHD模拟中β远大于1的矛盾可能源于数值磁扩散率，并通过线性剪切弱磁场精确解说明磁能放大受磁雷诺数限制。
2023-12-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dependence of stellar magnetic activity cycles on rotational period in nonlinear solar-type dynamo
本文用非线性发电机模型研究了太阳型恒星在14 ~ 30天自转周期范围内大尺度磁场的湍流产生。我们的模型考虑到非线性效应的动力学淬火的磁螺旋，和逃逸的磁场从发电机区域由于磁浮力。结果表明，所观察到的旋转周期和活动周期的持续时间之间的相关性可以解释的分布式发电机模型的框架下，从磁浮力或磁螺旋度的湍流产生的动态磁反馈作用。我们讨论的影响，我们的研究结果的理解发电机过程中运行的类太阳恒星。
2016-02-25 astro-ph.SR
Mean-field dynamo action from delayed transport
我们分析了发电机作用的性质，产生水平平均磁场在两个特定的流动，研究了罗伯茨（1972年，菲尔。横河A 271，411），即他的流II和III。它们的动能螺旋度为零，无论是逐点（流II），还是平均（流III）。使用直接数值模拟，我们确定发电机行动在中等值的磁雷诺数的发病条件。使用测试场的方法，我们表明，湍流磁扩散率，然后是积极的两种流动。然而，我们表明，这两个流量大规模发电机行动发生通过延迟运输。从数学上讲，早期的磁场通过α张量的非对角分量对电动势有贡献，使得零平均磁场变得对发电机动作不稳定。这代表了一个定性的新的平均场发电机机制，以前没有描述过。
2014-01-20 astro-ph.SR
Mean-field analysis on large-scale magnetic fields at high Reynolds numbers
太阳磁场的活动周期为11年，以太阳黑子的数量表示。这种太阳磁场的维持可以归因于对流区中的流体运动，即发电机。这项研究对Hotta等人（2016）提出的全球太阳发电机模拟进行了平均场分析。虽然这项研究成功地在高雷诺数下产生了相干的大规模磁场，但维持这个磁场的详细物理过程还没有完全弄清楚。本研究借由平均场分析来萃取α张量与湍流磁扩散率张量。湍流磁扩散率表现出显着的减少对高雷诺数。湍流磁扩散系数的减小抑制了大尺度场向小尺度场的能量转换。这意味着湍流磁扩散率的降低有助于在高雷诺数下维持大尺度磁场。观察到一个显着的向下湍流泵浦，它是在大尺度场的弱相增强。本研究提出一个大尺度场的周期性反转过程，它主要由α效应驱动，可能由向下泵浦触发。
2022-07-04 astro-ph.SR
Is a deep one-cell meridional circulation essential for the flux transport Solar Dynamo?
通量输运发电机成功地模拟了太阳活动周期，其中太阳纬向环流起着重要的作用。大多数运动发电机模拟都假设对流区内的经向环流为单胞结构，其底部有向赤道的回流。鉴于最近的索赔，回流发生在一个更浅的深度，我们探讨是否有这样一个浅的回流纬向环流仍然可以保留有吸引力的功能的通量输送发电机（如适当的蝴蝶图，适当的相位关系之间的环向和极向场）。我们认为额外的细胞下方的浅层回流-多个细胞径向堆叠在另一个以上的情况下，更复杂的细胞模式的情况下，三角形环流。只要在对流带底部存在低纬向赤道的气流，我们发现太阳的行为是近似再现的。然而，如果在对流区的底部没有流动或有向极的流动，那么我们就不能再现太阳的行为。在使湍流扩散率低时，我们仍然发现周期性行为，尽管周期变得不切实际地大。此外，低扩散率，我们没有得到观测到的太阳黑子最小值的极场和下一个周期的强度之间的相关性，这是复制时，扩散率高。在引入径向向下泵浦时，我们得到了更合理的周期和更像太阳的行为，即使在低扩散率的情况下。
2014-02-04 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
A novel type of intermittency in a nonlinear dynamo in a compressible flow
通过数值模拟螺旋流驱动的各向同性磁流体动力学湍流，研究了向间歇平均场发电机的转变。低普朗特数制度的调查，通过保持运动粘度固定，而磁扩散率是变化的。在发电机作用开始的临界参数值之下，观察到一个具有低磁能的瞬态平均场。过渡到一个持续的发电机后，该系统被证明是通过不同类型的不稳定性，直到形成一个大尺度相干场与小尺度湍流波动的演变。在此之前的相干场阶段，检测到一种新类型的不相干性，其中的磁场随机交替相干和非相干的大尺度空间结构的相位。这些研究结果的相关性的平均场发电机的物理学的理解和间歇性行为背后的恒星磁场变化观察到的物理机制进行了讨论。
2009-07-14 astro-ph.SR
Current helicity of active regions as a tracer of large-scale solar magnetic helicity
我们证明了在太阳活动区观测到的电流螺旋度跟踪大尺度发电机产生的磁场的螺旋度。我们使用一个先进的二维平均场发电机模型与发电机饱和的基础上的演变的磁螺旋度和代数淬火。为了比较，我们还研究了一个更基本的二维平均场发电机模型与简单的代数α淬火。利用这些数值模型，我们得到了小尺度电流螺旋度和大尺度磁螺旋度的蝶形图，并与观测得到的活动区电流螺旋度蝶形图进行了比较。这种比较表明，目前的螺旋度的活动区，估计由$-{\bf A \cdot B}$评估的深度，从活动区的出现，类似于观测数据比小尺度的电流螺旋度直接计算的螺旋度演变方程。这里，${\bf B}$和${\bf A}$分别是发电机产生的平均磁场及其矢势。给出了这些结果的理论解释。
2012-04-25 astro-ph.SR
Incorporating Surface Convection into a 3D Babcock-Leighton Solar Dynamo Model
光球上观测到的对流（例如，超粒化（supergranulation，granulation）在从太阳黑子场产生大尺度极场的Babcock-Leighton（BL）过程中起关键作用。在大多数的地面通量输运（SFT）和BL发电机模式中，地面场的扩散和迁移被模拟为有效的湍流扩散。最近的SFT模型已纳入明确的，现实的对流流动，以提高对流传输的保真度，但据我们所知，这还没有实现在以前的BL模型。由于大多数通量输运（FT）/BL模型是轴对称的，它们没有能力包括这样的流动。我们提出了第一个运动学三维FT/BL模型，明确纳入现实的对流太阳观测的基础上。虽然我们描述了一种方法来概括这些流到3D，我们发现，他们产生的运动学小规模发电机动作破坏的循环发电机的操作。通过限制对流仅作用于磁场的垂直径向分量来找到循环解。获得的结果通常与观察到的表面通量演变以及湍流扩散率为$3 \times 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$（300 km $^2$ s $^{-1}$）数量级的非对流模型非常一致。然而，我们发现，湍流扩散系数的使用低估了发电机效率，产生较弱的平均场和较短的周期比对流模型。此外，对流模式在极地地区表现出混合极性带，在太阳观测中没有对应的。此外，显式计算的湍流电动势（emf）与扩散通量几乎没有相似之处。我们还发现，极向通量的向极迁移速度主要由纬向流和垂直扩散决定。
2018-04-09 astro-ph.SR
Magnetorotational turbulence in stratified shearing boxes with perfect gas equation of state and finite thermal diffusivity
本文对具有零平均磁通量的分层剪切盒中的湍流和发电机作用进行了数值研究。我们假设流体服从理想气体定律，并具有有限（常数）的热扩散率。计算开始于跨越中平面上方和下方三个刻度高度的等温状态。经过长时间的瞬态后，各层稳定到一个稳态，在该稳态中，边界外的热损失被耗散加热所平衡。我们确定了两种制度。一种传导状态，其中热量主要通过传导传递，密度随高度降低。在大的热扩散率的限制，这一制度类似于更熟悉的等温情况。另一个，对流制度，观察到在较小的值的热扩散率，在该层变得不稳定的翻转运动，热量主要是通过平流和密度变得几乎恒定的整个层。在这后一个恒定密度制度，我们观察到的证据大规模发电机行动导致大幅增加运输效率相对于导电的情况下。
2012-10-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Lagrangian coherent structures in nonlinear dynamos
湍流和混沌在恒星对流区中通过粒子、能量和动量的传输起着重要作用，在快速发电机中通过磁通量管的拉伸、扭曲和折叠起着重要作用。描述湍流运动的一个特别有启发性的方法是通过分析拉格朗日相干结构（LCS），它是在流体中充当传输屏障的物质线或表面。我们报告的检测拉格朗日相干结构的螺旋磁流体发电机模拟尺度分离。在一个ABC流，两个发电机制度，传播相干平均场制度和间歇制度，被确定为磁扩散率的变化。吸引和排斥LCS在这两个制度的混乱纠缠之间的鲜明对比允许一个独特的分析的影响，磁场的速度场。在第二个例子中，LCS揭示了当磁场超过均分值时，速度场的混沌混合水平与大型发电机的饱和之间的联系。
2011-05-19 astro-ph.SR
Solar Dynamo Model with Diamagnetic Pumping and Nonlocal Alpha-Effect
在太阳发电机模型中，反磁泵和巴布科克-莱顿型非局域α效应的结合有助于再现太阳磁活动的观测结果。太阳活动周期可以在不降低对流区大部分磁扩散率的情况下再现，而不降低标准混合长度值$10^{13}$ cm $^2$ s $^{-1}$。模拟的全局场关于赤道是反对称的，并且环向场与极向场之比约为一千。然而，在无纬向流的模式中，磁场的时纬图与观测结果不同。只有在考虑纬向流和α效应廓线在中纬度达到峰值的情况下，才能再现观测蝶形图。
2011-08-16 astro-ph.SR
Convection-driven spherical shell dynamos at varying Prandtl numbers
背景：恒星对流区的特点是在低普朗特数下剧烈的高雷诺数湍流。目的：我们研究发电机和差分旋转制度在不同水平的粘性，热，磁扩散。研究方法：我们进行三维模拟分层完全可压缩磁流体动力学对流旋转球楔在不同的热和磁普朗特数（从0.25到2和5，分别）。结果如下：我们发现，高的热扩散率的旋转配置文件显示出单调增加的角速度从对流区的底部到顶部，从两极向赤道。对于足够快的旋转，一个负的径向剪切区域的发展在中纬度地区的热扩散率降低。这与发电机模式从向极传播活动带向赤道传播的变化相吻合。此外，循环的解决方案消失在最高的磁雷诺数。在本文研究的范围内（$5-151$），总磁能随磁雷诺数的增加而增加，但平均磁场的能量在高磁雷诺数时趋于平稳。在最高磁雷诺数下，差旋受磁场的影响很大，几乎消失。在我们的一些最动荡的情况下，我们发现，两个制度是可能的，其中之一的差分旋转是强大的，平均磁场相对较弱，反之亦然。结论：我们的模拟表明，一个强大的非线性反馈的磁场的差分旋转，导致定性的变化，在大规模发电机的行为在高磁雷诺数。此外，我们没有发现迹象的模拟接近渐近制度的结果将是独立的扩散系数。
2016-09-12 astro-ph.SR
Grand Minima Under the Light of a Low Order Dynamo Model
在这项工作中，我们使用一个低阶发电机模型，并研究在何种条件下，它可以重现太阳的大极小。我们首先建立一个代理的太阳磁场的环形分量的相空间，我们开发了一个模型，来自平均场发电机理论，给出了时间演变的环形场。这个模型的特点是一个非线性振荡器，其系数保留了发电机理论背后的大部分物理。在模型的推导过程中，我们还包括随机振荡的$α$效果。我们没有发现任何证据表明，随机波动的线性$α$效果可以触发大极小发作在这个模型中。与此相反，所使用的模型指出，可能的机制，可以触发大极小应该涉及的纬向环流，磁扩散率或磁场增强浮力驱动的不稳定性。
2010-09-08 astro-ph.SR
An update of Leighton's solar dynamo model
1969年，莱顿在巴布科克（Babcock，1961）的现象学设想的基础上，建立了一个太阳发电机的准一维数学模型。在这里，我们提出了一个修改和扩展莱顿的模型。利用磁场的轴对称分量，我们考虑了太阳表面的径向场分量和对流区的径向积分环向磁通量，两者都是纬度的函数。关于环形磁通的径向位置没有作任何假设。该模型包括在地面和对流区的湍流扩散的影响，在地面的极向纬向流和赤道回流影响的环向通量，纬向差异旋转和近地面层的径向旋转剪切，向下对流泵送的磁通量在剪切层，和磁通量出现的形式倾斜的双极磁区。虽然相关的参数的表面场的运输是从观察，该模型凝聚的未知属性的磁场和流动的对流区成几个自由参数（湍流扩散率，有效回流，源项的幅度，和一个参数描述的有效径向剪切）。与二维通量输运发电机代码的结果比较表明，该模型捕捉到这些模拟的基本特征。我们进行了参数研究的四维参数空间，并确定参数范围，提供类似太阳的解决方案。偶极宇称总是首选的，当回流速度约为2 m/s，湍流扩散率<80 km^2/s，发电机激发不超过阈值太远（线性增长率<0.1/yr）时，可以找到周期约为22年的解，以及低纬度通量出现与极场强度之间的正确相位差。
2016-11-28 astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes and their effect on stellar dynamos
我们研究了磁场驱动的α ^2发电机中的磁螺旋度通量，以证明它们能够减轻灾难性的猝灭。使用一维平均场形式来获得10^5量级的磁雷诺数。我们研究了通过中平面的扩散磁螺旋度通量以及最近提出的交替动态淬火形式主义。通过加入剪切力，我们对发生发电机作用的剪切力和强迫力参数的临界值进行了参数扫描。对于这个$αΩ$发电机，我们发现首选模式关于中平面反对称。这也验证了在3-D直接数值模拟。
2012-01-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Quenching of the alpha effect in the Sun -- what observations are telling us
巴布科克-莱顿发电机类型最近得到了支持，因为在观测记录中发现了太阳黑子群倾斜角的系统性周间变化。有人提出，这些变化可能是观测到的流入活动区带的结果。此外，模拟表明，这种流入限制了净极向通量的产生，实际上起到了抑制与作用在上升通量管上的科里奥利力相关联的α效应的作用。在本文中，我们扩展这些想法。
2011-08-05 astro-ph.SR
Modeling the irregularities of solar cycle using flux transport dynamo models
太阳黑子的数量随时间大致呈周期性变化。然而，个别周期的持续时间和振幅被发现以不规则的方式变化。据观察，较强的周期具有较短的上升时间，反之亦然。这导致了一个重要的效应，称为Waldmeier效应。太阳活动周期不规则性的另一个重要特征是大极小期，在此期间活动水平强烈降低。我们探讨这些太阳周期的不规则性是否可以研究的帮助下，太阳周期的通量传输发电机模型。我们表明，一个适当的随机波动的定期发电机模型，我们能够重现许多不规则的功能，包括Waldmeier效应和太阳活动周期的最小值。然而，只有当对流区的湍流扩散系数相当高时，我们才能得到所有这些结果。
2012-05-03 astro-ph.SR
Current status of turbulent dynamo theory: From large-scale to small-scale dynamos
本文评述了湍流发电机理论的若干新进展。高分辨率模拟的小规模和大规模的发电机行动的周期域进行了比较，并与类似的结果在低磁普朗特数。有人认为，所有不同的情况下，显示在中间长度尺度的相似性。另一方面，在湍流螺旋度的存在下，功率在大尺度上发展，这在非螺旋小尺度湍流发电机中不存在。在小的长度尺度，差异发生在与耗散截止尺度与相应的磁普朗特数的值。这些差异被认为是独立的是否有大规模的发电机行动。然而，大型发电机在均匀系统中所示遭受的电阻慢下来，即使在中间的长度尺度。模拟结果与平均场论及其应用有关。最近的工作螺旋通量，以减轻大规模的发电机淬火，剪切发电机，非局部效应和磁结构从强密度分层突出。几个见解所产生的小规模发电机的分析考虑进行了讨论。
2012-03-28 astro-ph.SR
Negative Turbulent Magnetic Diffusivity $β$ effect in a Magnetically Forced System
本文研究了螺旋磁能作用下的大尺度发电机过程。磁力驱动发电机的研究不如动力驱动发电机的研究好。它被认为代表了恒星日冕、吸积盘或等离子体实验室中磁场的放大。然而，螺旋磁场和等离子体之间的相互作用是一个更基本的现象，可以扩展到早期宇宙。标度不变的螺旋磁场不仅解释了目前观测到的大尺度天体物理磁场，而且提供了早期宇宙视界标度的信息。磁场与等离子体之间的相互作用本质上是非线性的，这使得其机制难以理解。但是，如果等离子体系统是由螺旋场驱动，该过程可以线性化与α和β和大尺度磁场。传统上，α效应被认为将磁场转移到大尺度区域，而β效应扩散磁场。然而，这些结论是基于不完全导出的alpha和beta。为了得到α和\b{eta}演化的精确轮廓，我们求解了一个耦合的半解析方程组，并将结果应用于大尺度磁螺旋度和磁能的模拟数据。结果表明，在对大尺度B场的放大作出显著贡献之前，平均α效应减小。相反，保持为负的β效应实际上在具有拉普拉斯算子的大尺度B场的放大中起着关键作用。并且，这种负扩散率解释了等离子体动能的衰减
2021-09-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Solar dynamo model with nonlocal alpha-effect
第一个结果的太阳能发电机模型，允许反磁效应的非均匀湍流和非局部α效应，由于磁回路的上升进行了讨论。非局域α效应不受与磁螺旋度守恒有关的灾难性猝灭的影响。给定反磁泵浦，磁场集中在对流区的底部附近，尽管分布型模型覆盖对流区的整个厚度。磁循环周期，赤道对称性的字段，它的纬向漂移，并在模型中得到的极-环向场比与观测结果一致。也有一些意见不同意指出改进模型的方法。
2011-03-10 astro-ph.SR
Alleviating alpha quenching by solar wind and meridional flow
我们研究的能力，磁螺旋驱逐，以减轻灾难性的$α$淬火平均场发电机在二维球楔域。受太阳外部区域物理状态的启发，我们考虑了具有动力学$α$猝灭的$α^2Ω$平均场模型。我们包括两个机制，有可能促进螺旋度驱逐，即平流的平均流（“太阳风“）和对流环流。我们发现，风单独可以防止灾难性的淬火，在有限的振幅饱和的字段。在某些参数范围内，大规模纬向环流的存在可以加强这种缓解。然而，饱和场强通常低于均分场强。我们讨论了可能增加饱和场的机制。
2011-01-29 astro-ph.SR
The mean-field solar dynamo with double cell meridional circulation pattern
日震学的最新发现以及太阳全球动力学直接数值模拟的进展表明，在每个太阳半球，赤道环流形成了对流区中沿赤道的两个单元。我们研究了具有这种双胞双对称环流的平均场太阳发电机的性质。发电机模型还包括现实的太阳差旋转（包括速跃层和地下剪切层）的配置文件，并考虑到湍流泵，各向异性湍流扩散率和磁螺旋守恒的影响。相反，以前的磁通量传输发电机模型，它被发现，发电机模型可以鲁棒地再现太阳磁循环的基本属性为广泛的模型参数和环流速度。当纬向环流的表面速度约为12 m/s时，与观测结果的符合最好。对于这种环流速度，模拟的太阳黑子活动与极区磁场表现出良好的同步性。在过去的太阳黑子周期21和22中确实观察到了这种同步。我们比较了太阳黑子数和极场强度的理论和观测相图，并讨论了第23周的特殊性质。
2013-06-08 astro-ph.SR
Open and closed boundaries in large-scale convective dynamos
上下文早期的工作表明，大型发电机可以达到并保持均分的动态时间尺度上的磁场强度，只有当磁螺旋度的波动场可以摆脱域通过开放的边界。目标。我们的目的是测试这种情况下，对流驱动发电机的开放和封闭的边界条件下的结果进行比较。方法.采用三维数值模拟方法，研究了边界条件对大尺度发电机的激励和饱和的影响。磁场采用开放（垂直场）和封闭（理想导体）边界条件。剪切流是这样的，剪切的轮廓是垂直的，穿过外表面，因此非常适合于驱动剪切诱导的磁螺旋通量。结果我们发现，对于给定的剪切和旋转速率，如果使用开边界条件，磁场的增长率较大。的增长率首先增加小磁雷诺数，Rm，但然后趋于稳定在一个近似恒定的值为中间值的Rm。当Rm足够大时，一个小规模的发电机被激发，在这个区域中，场的增长率随着Rm^（1/2）而增加。关于非线性区域，当使用开放边界时，总磁场的能量的饱和水平与Rm无关。在理想导体边界的情况下，饱和水平首先作为Rm的函数增加，但是当Rm > 30时，饱和水平随后与Rm^（-1）成比例地减小，这指示灾难性猝灭。这些结果表明，当使用开放边界时，剪切诱导的磁螺旋度通量可以有效缓解灾难性猝灭。水平平均平均场仍然弱地作为Rm的函数减小，即使对于开放边界。
2011-07-06 astro-ph.SR
A joined model for solar dynamo and differential rotation
本文提出了一个与全球流和数值方法相一致的太阳发电机模型，该模型采用了微分自转模型。磁湍流扩散率用熵梯度表示，由模型方程控制。α效应的磁普朗特数和纬向分布通过拟合计算的活动周期和观测的磁场的赤道对称性来确定。极场反转的时刻和场的时纬图也与观测相一致。极向场在极区具有约10Gs的最大幅度。数千高斯的环向场集中在对流区底部附近，并通过纬向流向赤道输送。该模型预测太阳对流区大尺度磁场的总磁能值约为10^37尔格。
2016-12-22 astro-ph.SR
On large-scale dynamos with stable stratification and the application to stellar radiative zones
我们对恒星辐射带中大尺度磁场的理解仍然是支离破碎和不完整的。这样的磁场，必须由某种形式的发电机机制产生，被认为主导角动量输运，使它们对恒星演化至关重要。一个主要的困难是稳定分层的影响，它通常抑制发电机的行动。我们探讨了稳定分层的平均场发电机理论的影响，特别是专注于一个非螺旋大规模发电机（LSD）的机制被称为磁剪切电流效应。我们发现，该机制是强大的，以增加稳定分层，只要其操作的原始要求得到满足：剪切和非螺旋磁波动的来源（例如，从一个小规模的发电机）。两者都是在存在差异旋转的情况下可解释的来源。我们的理想化的直接数值模拟，平均场论的支持下，证明了近均分大尺度环向场的产生。此外，对磁雷诺数的扫描显示LSD的增长或饱和没有变化，这为发电机机制对灾难性淬火的弹性提供了良好的数值证据，这一直是螺旋发电机的一个问题。这些属性-灾难性的淬火和稳定分层的鲁棒性的情况下-使该机制成为一个合理的候选人在恒星辐射区产生原位大规模磁场。
2022-09-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
