Testing for Markovian Character and Modeling of Intermittency in Solar Wind Turbulence
我们目前的统计分析结果的太阳风湍流使用的方法的基础上的理论马尔可夫过程。结果表明，湍流叶栅近似满足Chapman-Kolmogorov方程。我们评估的前两个Kramers-Moyal系数从实验数据，并表明所得到的福克-普朗克方程的解决方案，以及与实验的概率分布。我们的结果表明，存在一个本地传输机制的磁场波动在太阳风湍流。
2008-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Power Anisotropy in the Magnetic Field Power Spectral Tensor of Solar Wind Turbulence
我们首次观测到快速太阳风中磁场起伏的功率谱张量的各向异性。在日心RTN坐标系中，张量的每个元素的幂都与磁场和太阳风的速度之间的夹角（θ）以及垂直于速度的平面中的矢量的夹角（θ）有着独特的依赖关系。在湍流理论的标量场描述基础上，在等离子体P（k）坐标系下，推导出了经过航天器的太阳风高速气流对功率谱的几何效应，得到了观测功率谱P（f，θ，θ）。这使我们能够预测在垂直方向上的变化，并将其与数据进行比较。然后，我们将观测值从RTN坐标转换为磁场对齐坐标。所观察到的降低的功率谱张量匹配的理论预测，我们得到在RTN和场对齐的坐标，这意味着我们计算的局部磁场与小波包络函数是一个准确的表示的物理轴对称的湍流，并意味着平均湍流是轴对称的。我们还表明，我们可以从较小但重要的极向分量的湍流的主导环向分量分离，这些具有不同的功率各向异性。我们还得出结论，磁螺旋度是各向异性的，主要是二维的，所产生的波矢量主要局限于垂直于B的平面。
2011-12-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropy of Magnetic Field Spectra at Kinetic Scales of Solar Wind Turbulence as Revealed by Parker Solar Probe in the Inner Heliosphere
利用帕克太阳探测器在日光层内部采集的数据，我们研究了动力学尺度下磁场谱的功率和空间各向异性（即，亚离子尺度左右）在内日球层中的太阳风湍流中。我们发现，磁谱的强各向异性发生在动力学尺度上的最强功率在垂直于当地磁场的方向（形成一个角度θ_B的平均流速）。当θ_B角在90 ° ~ 180 °（或0 °）范围内变化时，磁谱的谱指数在-3.2 ~-5.8之间变化，表明在太阳风湍流中，谱指数在动力学尺度上具有很强的各向异性。使用诊断的基础上的磁螺旋度，我们表明，各向异性的光谱指数可以解释的等离子体模式进行级联在动力学尺度的性质。我们讨论了我们的研究结果，在现有的理论和目前的发展领域。
2022-03-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamic anisotropy in MHD turbulence induced by mean magnetic field
本文通过对直接数值模拟结果的分析，研究了在大尺度磁场B 0作用下强磁流体湍流中各向异性的发展。我们的结果表明，速度和磁场的不同分量之间发展的各向异性是垂直速度分量u？以及并联分量uk的能量的前向级联。逆叶栅发展为强B 0，其中流动通过抑制沿磁场的波动而呈现强旋涡结构。通过研究各向异性能谱、能通量和不同尺度间的壳-壳能量传递，详细研究了逆级联和正级联。
2017-06-06 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Predicted Impacts of Proton Temperature Anisotropy on Solar Wind Turbulence
在弱碰撞太阳风中测量的粒子速度分布经常被发现是非麦克斯韦分布的，但是这些非麦克斯韦分布如何影响太阳风中的等离子体湍流物理仍然没有答案。使用数值解的线性色散关系的碰撞无等离子体的双麦克斯韦质子速度分布，我们提出了一个统一的框架，为四个质子温度各向异性不稳定性，确定相关的稳定本征模，突出不稳定区域的波矢空间，并提出了不断增长的本征函数的属性。从这个框架中获得的物理直觉的基础上，我们解决质子温度各向异性如何影响的\Alfvenic波动的非线性动力学的主导级联的能量从大到小的尺度和如何由质子温度各向异性不稳定性驱动的波动相互非线性相互作用，并与大尺度级联的波动。我们发现大尺度级联的非线性动力学对质子温度各向异性不敏感，并且不稳定性驱动的涨落不太可能引起大尺度级联的不稳定性驱动的涨落或湍流涨落的显著非线性演化.
2015-03-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generalized similarity in finite range solar wind magnetohydrodynamic turbulence
扩展或广义相似性是湍流的一个普遍存在但尚未得到很好理解的特征，它在有限尺度范围内实现。ULYSSES航天器在太阳极小期的太阳极地通过提供了在快速安静流的理想条件下太阳风中演变的各向异性磁流体动力学湍流的\textit{in situ}观测。我们发现一个单一的广义标度函数的特点，这种有限范围的湍流，是不敏感的等离子体条件。最近异常不活跃的太阳极小期--湍流波动的能量下降了$\sim 2$的一个因素--提供了对这种不变性的测试。
2009-11-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Local Anisotropy, Higher Order Statistics, and Turbulence Spectra
相关各向异性是磁流体力学（MHD）中动态出现的现象，它在大尺度平均磁场上产生比沿磁场方向更强的梯度，这种现象在全球和局部都存在，对空间和天体物理等离子体，包括粒子散射和输运，以及湍流理论都有重要意义。本地相关各向异性的属性进一步记录在这里，通过数值实验表明，该效果在更本地化的平均场的估计加强。这个属性的数学公式表明，局部各向异性混合二阶与高阶相关。局部统计估计对高阶相关性的敏感性可以结合这种公式中固有的随机坐标系来理解。我们证明了这一点，在特定的情况下，说明连接到高阶统计显示的灵敏度的局部各向异性相位随机化，从而建立的局部结构函数是不是一个衡量的能量谱。显然，相关各向异性的局部增强是实质性的根本利益，这种现象必须理解的高阶相关性，四阶及以上。
2012-01-19 astro-ph.IM physics.comp-ph physics.plasm-ph
The Solar Cycle Variations of the Anisotropy of Taylor Scale and Correlation Scale in the Solar Wind Turbulence
太阳风湍流的场向各向异性由平行与垂直相关（和泰勒）长度尺度之比量化，由2001-2017年期间的同时两点相关测量确定。结果表明，无论是在太阳活动极大期还是极小期，沿磁场方向的相关尺度最大，垂直于磁场方向的相关尺度最小。然而，泰勒尺度揭示了太阳周期不同阶段的不一致结果。在2001-2004年期间，泰勒尺度在场平行方向上略大，而在2004-2017年期间，泰勒尺度在场垂直方向上较大。用太阳黑子数与各向异性比的相关系数来描述太阳活动对太阳风湍流各向异性的影响。结果表明，泰勒尺度各向异性的相关系数（0.65）大于相关尺度各向异性的相关系数（0.43），表明泰勒尺度各向异性对太阳活动更为敏感。泰勒尺度和相关尺度被用来计算的有效磁雷诺数，这是发现系统大于在磁场平行方向比在磁场垂直方向。太阳黑子数与磁雷诺数各向异性比的相关系数为-0.75。我们的研究结果对于理解太阳风湍流各向异性及其在太阳活动背景下的长期变化具有重要意义。
2021-04-11 astro-ph.SR physics.data-an physics.flu-dyn
Cross-field transport and pitch-angle anisotropy of solar energetic particles in MHD turbulence
最近对太阳高能粒子在日光层湍流中传播的模拟也在本讲习班上讨论，研究了俯仰角散射和垂直输运在日光经度上粒子传播中的作用，如多航天器测量（STEREO A/B、ACE、SOHO等）所示。在不同的能量范围内都是1 AU。在某些情况下，颗粒分布的一阶俯仰角各向异性是不可忽略的。本文计算了两种MHD湍流模型（a）3-D各向同性模型和（b）Goldreich-Sridhar提出的各向异性模型，在考虑俯仰角依赖性的非均匀湍流中由于梯度/曲率漂移引起的平均垂直位移。我们发现，在这两种情况下，漂移规模为$(1-μ^2)^2$与余弦的俯仰角$μ$，与以前的模型运输的SEP。这一结果可能会影响SEP通过日光层传播的模型。
2015-12-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Power and spectral index anisotropy of the entire inertial range of turbulence in the fast solar wind
我们测量的功率和光谱指数的各向异性的高速太阳风湍流的尺度大于外尺度下降到离子gyroscale，从而覆盖整个惯性范围。我们表明，在湍流的外尺度的功率和谱指数近似各向同性。湍流级联在较小尺度下导致功率各向异性，表现为频谱的各向异性标度：接近局部磁场的k^{-5/3}和k^{-2}，与临界平衡的Alfvenic湍流一致。通过使用在不同的径向距离从太阳的数据，我们表明，惯性范围的宽度不随日心距离的变化，并解释这一点，通过计算的径向依赖性的比例外尺度的离子陀螺仪。在最小尺度的惯性范围内，接近离子陀螺仪，我们发现平行于磁场方向的功率增强与垂直功率的减少相一致。这很可能与离子动力学模式的能量注入有关，如消防水龙带不稳定性，也标志着太阳风湍流耗散范围的开始。
2010-02-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Anisotropy of third-order structure functions in MHD turbulence
在太阳风中采用三阶结构函数Y的测度来计算湍流的级联率。在不存在平均场B 0 =0的情况下，Y被认为是各向同性的（径向的），并且与增量的方向无关，因此它的测量直接产生级联速率。对于具有平均场的湍流，如在太阳风中，Y被期望变得更二维（2D），即，具有更大的垂直分量，失去上述简单对称性。为了得到级联率，应该计算Y的通量，这对于单个航天器数据是不可行的，因此测量依赖于关于未知对称性的假设。我们使用磁流体动力学（MHD）湍流的直接数值模拟（DNS）来表征Y的各向异性。我们发现，对于强引导场B 0 =5，二维化程度取决于剪切和伪极化（不可压缩MHD中Alfvén模的两个分量）的相对重要性。各向异性也表现在惯性范围内。Y越是2D，惯性范围沿平行和垂直方向的差异越大。最后，我们检验了这两种方法在观测中的应用，发现这样得到的级联率可能取决于B 0和增量方向之间的角度。这两种方法都产生沿平行方向的消失级联率，与观测相反，表明太阳风湍流的各向异性较弱，我们的DNS。这可能是由于较弱的平均场和/或太阳风膨胀。
2015-04-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Helios 2 observations of solar wind turbulence decay in the inner heliosphere
利用磁流体动力学涨落混合三阶矩的线性标度，估算了膨胀太阳风中湍流级联的能量传递率。1976年，太阳神2号宇宙飞船测量了三个快速太阳风的样本，这些样本来自同一个日冕洞，距离太阳不同。与邻近的缓慢太阳风流一起，这些代表了一个独特的数据库，用于研究未受干扰的太阳风样本中湍流的径向演变。一组直接数值模拟的MHD方程进行格子玻尔兹曼代码FLAME也用于解释。我们表明，湍流能量传递率衰减近似为距离的幂律，并且在快风的情况下，振幅和衰减规律对应于所观察到的径向温度分布。衰减磁流体动力学湍流的磁流体动力学数值模拟结果显示出总耗散的类似趋势，这表明从衰减湍流的角度对观测到的动态进行了解释，对太阳风径向演化的多航天器研究可能有助于澄清黄道太阳风中湍流波动演化的性质。
2023-02-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
A Detailed Examination of Anisotropy and Timescales in Three-dimensional Incompressible Magnetohydrodynamic Turbulence
当磁流体动力学湍流在大尺度平均磁场存在下演化时，相对于该优选方向发展各向异性。众所周知的趋势是，相对于沿着磁场的方向，垂直于磁场的梯度会发展得更强。这种频谱的各向异性与动力学过程的估计时间尺度的各向异性密切相关，需要重新考虑尺度局部性和频谱转移等基本问题。在这里分析的高分辨率三维模拟的非受迫磁流体动力学湍流允许定量评估的行为理论上相关的时间尺度在傅立叶波矢量空间。我们讨论的非线性时间，阿尔文时间，估计频谱传输率的分布。注意被称为频谱的特殊区域，如二维极限和“临界平衡”区域的潜在意义。一个公式的估计频谱传输方面的抑制因子支持的结论，准二维波动（其特征在于强非线性）是不是一个奇异的限制，但可能在一般情况下，预计作出重要贡献。
2020-05-19 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Monofractality in the solar wind at electron scales: insights from KAW turbulence
本研究通过三维ERMHD直接数值模拟，发现弱KAW湍流在电子尺度呈现单分形性，而强湍流为多分形，为理解太阳风电子尺度尺度不变性提供了新见解。
2023-12-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Recent progress in astrophysical plasma turbulence from solar wind observations
本文总结了一些最近的进展，已在了解天体物理等离子体湍流的太阳风，从现场航天器的观测。在大尺度上，湍流主要是Alfvenic的，临界平衡，剩余能量和三维结构的测量进行了讨论，以及最近的强Alfvenic湍流模型的比较。在这些尺度上，百分之几的能量也在压缩波动中，它们的性质，各向异性，以及与Alfvenic分量的关系被描述。在小尺度的动力学范围内，低于离子gyroscale，湍流成为主要动力学Alfven在性质上，和测量的光谱，各向异性，并讨论了这种湍流的不稳定性相对于最近的级联模型。剩下的主要问题之一是如何耗散的湍流能量，和一些最近的工作在这个问题上，除了未来的空间任务，这将有助于回答这个问题，简要讨论。
2016-11-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Solar-cycle Variability of Composite Geometry in the Solar Wind Turbulence
本研究利用Wind航天器跨越两个多太阳周的观测数据，通过两种检验方法发现太阳风湍流以二维成分为主，且平板湍流占比随太阳活动增强而升高，为理解太阳风湍流的太阳周变化提供了新依据。
2025-05-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Nature of Subproton Scale Turbulence in the Solar Wind
太阳风中亚质子尺度波动的性质是一个悬而未决的问题，部分原因是可能发生两种类似的电磁湍流：动力学阿尔芬湍流和哨声湍流。然而，这两种可能性有一个关键的质的区别：哨声湍流，不像动力学阿尔芬湍流，在密度波动中的力量可以忽略不计。在这封信中，我们提出了新的观测数据，以及分析和数值结果，调查这种差异。结果表明，第一次，远低于质子尺度的波动主要是动力学阿尔芬湍流，如果存在的话，哨声波动只占总能量的一小部分。
2013-05-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Co-existence of Whistler Waves with Kinetic Alfven Wave Turbulence for the High-beta Solar Wind Plasma
结果表明，哨声波的色散关系是相同的高或低β等离子体。此外，在高β太阳风等离子体哨声波满足朗道共振与电子的速度小于热速度，因此电力是小的相比，镜力。当哨声通过不均匀的太阳风传播时，垂直波数通过折射增加，从而增加朗道阻尼率。然而，哨声可以生存，因为背景动力阿尔芬波湍流创建一个平台，准线性扩散的太阳风电子分布在小速度。结果表明，当哨声能量密度仅为动力学Alfven波的~10^-3时，哨声引起的准线性扩散速率与KAW相当。因此，非常小的振幅哨声湍流可以有一个显着的后果，太阳风电子分布函数的演变。
2012-08-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence Driving by Interstellar Pickup Ions in the Outer Solar Wind
我们重新审视的问题，如何不稳定的散射的星际拾取离子（PUI）可能会驱动外部太阳风的湍流，以及为什么这种散射释放到波动的能量似乎显着低于标准的双球面预测。我们认为，在散射过程中的环境湍流的新拿起的离子的散射可以导致在一个更球形的分布的PUI，并减少产生的波动能量的水平与湍流强度和核心太阳风加热的观察一致。这种情况意味着一个自我调节机制的运作，保持在PUI主导的太阳风的湍流和加热的观察条件。
2023-01-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection and electron temperature anisotropy in sub-proton scale plasma turbulence
磁化等离子体中亚质子尺度的湍流行为对于全面理解天体物理流（如太阳风）的能量学是非常重要的。我们研究的电子温度各向异性的形成，由于在亚质子尺度波动的湍流衰减使用二维，粒子在细胞（PIC）等离子体模拟与现实的电子质子质量比和引导场的模拟平面。近似幂律形式的涨落功率谱被建立到电子回旋半径量级。在动态磁场拓扑结构，这逐渐放松的复杂性，我们确定的X点场几何的网站上的无碰撞重联的签名。重联点通常与强平行电子温度各向异性的区域有关。连接到重联位点的磁场线的演变拓扑允许在多个空间分离的重联区域处加速的电子的空间混合。这将导致形成多峰的速度分布函数具有很强的平行温度各向异性。在一个三维系统中，支持适当的波矢量，多峰分布函数预计将是不稳定的动力学不稳定性，有助于耗散。所提出的各向异性形成机制也与空间和天体物理系统有关，其中等离子体的演化受到线性温度各向异性不稳定阈值的约束。重联位点的存在导致电子能量增益、非局域速度空间混合和强温度各向异性的形成;这证明了重联在湍流波动消散中的重要作用。
2014-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Vlasov simulations of multi-ion plasma turbulence in the solar wind
采用混合Vlasov-Maxwell模拟方法研究了由质子、α粒子和流体电子组成的二维湍流多离子等离子体中动力学效应的作用。在典型的太阳风环境条件下，在湍流衰减的情况下，数值计算结果表明，两种离子的速度分布函数都偏离了典型的热平衡构型。这些非麦克斯韦特征通过对质子和α粒子的温度各向异性的统计分析来量化，在由局部磁场给出的参考系中。各向异性被发现是较高的高磁应力的区域。这两种离子物种表现出优先垂直加热，虽然各向异性是更明显的α粒子，根据太阳风的观测。此外，α粒子的各向异性与质子各向异性相关，并且还取决于两种物质之间的局部差分流。粒子分布函数存在明显的畸变，沿局部磁场方向产生凸起。在这些数值模拟恢复的物理现象再现非常常见的测量湍流太阳风，这表明多离子弗拉索夫模型构成了一个有效的方法来理解复杂的动力学效应的性质在天体物理等离子体。
2012-07-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Incorporating Kinetic Physics into a Two-Fluid Solar-Wind Model with Temperature Anisotropy and Low-Frequency Alfven-Wave Turbulence
我们开发了一个1D的太阳风模型，其中包括单独的能量方程的电子和质子，质子温度各向异性，碰撞和碰撞的热通量，和低频，反射驱动，阿尔芬波湍流的分析处理。为了划分电子加热，平行质子加热和垂直质子加热之间的湍流加热，我们采用线性波阻尼和非线性随机加热理论的结果。当质子温度各向异性超过任一不稳定性的阈值时，我们通过增加质子俯仰角散射率来解释镜像和倾斜消防水管不稳定性。我们数值积分的模型方程向前的时间，直到达到一个稳定的状态，专注于两个快速太阳风的解决方案。这些解与许多观测结果一致，支持阿尔芬波湍流在太阳风起源中起重要作用的观点。
2011-11-29 astro-ph.SR physics.space-ph
Anisotropy of Solar-Wind Turbulence in the Inner Heliosphere at Kinetic Scales: PSP Observations
太阳风湍流的各向异性是理解日球层尺度间能量传递和场与粒子间能量转换物理的关键问题。使用\emph{Parker Solar Probe}（\emph{PSP}）的测量，我们提出了一个观察的各向异性在动力学尺度上的缓慢，Alfvénic，太阳风的内日球层。\textbf{The magnetic compressibility behaves as expected for kinetic Alfvénic turbulence below the ion scale.}一个陡峭的过渡范围之间的惯性和动力学范围内的所有方向相对于当地的背景磁场方向。发现$k_\perp \gg k_\parallel$的各向异性在过渡区和动力学区都很明显，动力学区的幂次各向异性$P_\perp/P_\parallel > 10$大于过渡区的幂次各向异性，且比1 au的幂次各向异性强.光谱指数在过渡范围内从$α_{t\parallel}=-5.7\pm 1.0$到$α_{t\perp}=-3.7\pm 0.3$变化，在动力学范围内从$α_{k\parallel}=-3.12\pm 0.22$到$α_{k\perp}=-2.57\pm 0.09$变化。相应的波矢各向异性在过渡范围内具有$k_\parallel \sim k_\perp^{0.71\pm 0.17}$的标度，并且在动力学范围内变为$k_\p…
2021-05-15 astro-ph.SR physics.space-ph
Constraining Low-Frequency Alfvenic Turbulence in the Solar Wind Using Density Fluctuation Measurements
一个被提出的加热太阳风的机制，从接近太阳到超过10天文单位，调用低频，倾斜，阿尔芬波湍流。由于小尺度斜阿尔芬波（动力阿尔芬波）是压缩的，在太阳风中测量到的密度波动对动力阿尔芬波的振幅设置了上限，因此对太阳风可以被低频阿尔芬湍流加热的速率设置了上限。我们评估这两个冕洞在5太阳半径和在近地太阳风的上限。在这两个半径，上限，我们发现是一致的模型中，太阳风加热低频阿尔文湍流。在1天文单位，从测量的密度波动的湍流加热率的上限是在测量的太阳风加热率的2倍。因此，如果低频阿尔文湍流有助于加热近地太阳风，动力阿尔文波必须是一个主要来源的太阳风密度波动的频率为1赫兹。我们还提出了一个简单的论点，为什么密度波动测量似乎排除模型中，太阳风加热的非湍流高频波"扫“通过离子回旋共振，但与加热的低频阿尔芬湍流兼容。
2009-08-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Observational evidence for solar wind proton heating by ion-scale turbulence
基于2005年至2015年风航天器的现场测量，这封信首次报告了质子温度与太阳风湍流之间明显的尺度依赖关系。质子尺度湍流的统计分析表明，增加螺旋度的幅度对应于陡峭的磁能谱。特别地，在尺度$0.3 \lesssim kρ_p \lesssim 1$上，质子垂直温度和湍流磁能之间存在正的幂律相关性（斜率为$\sim 0.4$），其中$k$为波数，$ρ_p$为质子回旋半径。这些发现提供了质子尺度湍流加热太阳风的证据。它们还提供了对太阳风中湍流耗散物理的洞察力和观测约束。
2020-08-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Temporal and Spatial Turbulent Spectra of MHD Plasma and an Observation of Variance Anisotropy
从时间和空间磁涨落谱两个方面分析了MHD湍流的本质。在斯沃斯莫尔球形马克实验（SSX）的MHD风洞中产生了磁湍流等离子体。磁波动的功率被投射到垂直和平行于局部平均场的方向上;这些量的比率显示了方差各向异性的存在，其作为频率的函数而变化。磁，速度和密度谱之间的比较也表明，观察到的湍流的能量主要是由等离子体生产过程中产生的磁场播种。直接空间谱使用多通道诊断构造，并用于与使用泰勒假设转换为空间尺度的频谱进行比较。由于离子惯性长度尺度物理的观察耗散的证据也进行了讨论，以及实验室实验可以发挥的作用，在理解湍流通常研究空间设置，如太阳风。最后，所有的湍流结果显示比较相当不错的霍尔MHD模拟实验。
2014-04-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Whistler Wave Turbulence in Solar Wind Plasma
哨声波存在于太阳风等离子体中。这些波具有典型地由分别大于离子陀螺频率和小于离子陀螺半径的频率和长度尺度表征的特征湍流波动。电子惯性长度是哨声波湍流中的一个内在尺度，它将高频太阳风湍流谱划分为小于和大于电子惯性长度的尺度。我们提出了非线性三维，时间相关的，流体模拟哨声波湍流研究它们在太阳风等离子体中的作用。我们的模拟发现，色散哨声模式的演变完全不同的两个制度。虽然色散哨声波效应在大尺度范围内更强，但它们不影响由Kolmogorov样$k^{-7/3}$谱描述的谱级联。相比之下，小尺度湍流波动表现出类似Navier-Stokes的演化，其中特征湍流涡旋表现出典型的$k^{-5/3}$流体动力学湍流谱。利用波速与磁场的均分关系，定量地讨论了哨声波在太阳风等离子体涨落中的作用。
2009-11-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Dissipation scale lengths of density turbulence in the inner solar wind
了解湍流波动消散的长度尺度是理解弱可压缩磁流体动力学湍流性质的关键。我们使用无线电波长干涉成像观测，测量对内太阳风观测到的遥远宇宙源的散射展宽程度。我们解释这些意见，以确定在日心距离为2.5 - 20.27 $R_{\odot}$范围从$\approx$ 13500到520米的太阳风密度湍流的耗散尺度。我们对$\approx$ 10- 20 $R_{\odot}$的估计表明耗散尺度对应于质子回旋半径。它们与帕克太阳探测器进行的实地观测有关，预计将增进我们对太阳风加速的了解。
2019-01-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-dimensional simulation of the fast solar wind driven by compressible magnetohydrodynamic turbulence
利用三维可压缩磁流体动力学（MHD）模拟，我们再现了快速太阳风在一个直接和自洽的方式，基于波/湍流驱动的情况下。作为阿尔文扰动在其底部的自然结果，高度压缩和湍流波动产生，导致加热和加速的太阳风。功率谱和结构函数的分析表明，湍流的特点是它的不平衡（在向外阿尔芬波动的意义上）和各向异性的性质。密度波动起源于向外传播的阿尔芬波的参数衰减不稳定性，并在触发湍流的阿尔芬波反射中起着重要作用。我们的结论是，快速太阳风加热和加速的可压缩MHD湍流驱动的参数衰减不稳定性和合成阿尔芬波反射。
2019-07-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Scaling anisotropy with stationary background field in the near-Sun solar wind turbulence
本文利用 PSP 在 0.17 au 的观测和平稳磁场判据，通过高阶结构函数揭示近日太阳风湍流的标度各向异性及其与近地湍流的差异。
2023-03-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamical Age of Alfvénic Turbulence in the Solar Wind
University of Delaware（特拉华大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of Maryland（马里兰大学）
本文提出了一种新的太阳风湍流年龄计算方法，考虑了阿伦德湍流特性，分析了不同风流中湍流年龄的变化，揭示了交叉螺旋度对磁流体动力学湍流的影响。
2026-03-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A statistical model of three-dimensional anisotropy and intermittency in strong Alfvénic turbulence
我们提出了一个简单的统计模型的三维各向异性，间歇性，强Alfvénic湍流，结合临界平衡和动态对齐。我们的模型是基于沿磁场的Elsasser场增量的对数泊松统计。我们预测的Elsasser-field条件两点结构函数的标度与点分离在所有三个方向上的坐标系的磁场和波动场的方向局部对齐，并获得良好的协议与数值模拟。我们还推导出的波动，$l_\parallel \propto λ^{1/2}$，其中$λ$是垂直尺度的平行相干尺度的缩放。这确实是观察到的大部分波动的数值模拟。
2016-12-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Scale dependent anisotropy of electric field fluctuations in solar wind turbulence
研究了太阳风湍流中电场涨落的平均功率和谱指数随平均流向与平均磁场夹角的变化。本分析使用了2002年和2007年的集群航天器数据。我们使用小波分析技术对局部平均磁场进行了尺度相关的研究。显着的各向异性被发现的频谱指数和功率水平的电功率频谱。与磁场涨落相似，平行（或反平行）电涨落谱比垂直电涨落谱陡。然而，平行（或反平行）的电功率被发现是大于垂直的。低于0.1 Hz时，平行电功率谱的斜率与总磁功率谱的斜率有很大的偏差，支持Alfvénic湍流的存在。
2021-11-11 physics.space-ph
Solar wind magnetic turbulence: Inferences from spectral shape
从理论上解释了太阳风湍流谱斜率的理论、数值和观测测定之间的某些差异。在太阳风磁湍流和磁流体动力学模拟中湍流Kolmogorov斜率的计算显示出微小的差异。这些被用来推断熵产生的湍流级联和推断的异常湍流碰撞频率的耗散范围内，以及平均能量输入太阳风湍流。获得了v < 200 Hz量级的异常湍流碰撞频率。相应的固定太阳风磁能输入到磁湍流中的Kolmogorov惯性范围内得到的数量级为50 eV/s。讨论了它的热命运。
2016-02-27 astro-ph.SR physics.space-ph
-8/3 spectrum in kinetic Alfvén wave turbulence: implications for the solar wind
大尺度太阳风湍流的本质在磁流体力学的理论框架中得到了较好的理解。在亚质子尺度下，不同航天器测量的磁能谱与经典湍流预言不符，情况则完全不同：一般报道的幂律指数接近于$-8/3$，而与强湍流和波湍流的预言（分别为$-7/3$和$-5/2$）相差甚远。这种差异被认为是太阳风湍流的主要问题。在这里，我们用弱动力学Alfvén波湍流的非线性扩散模型表明，级联由局部三元相互作用驱动（Passot和Sulem，2019），可以出现幂律指数为$-8/3$的磁谱。该缩放对应于具有遵循规律$k_f \sim (t_*-t)^{-3/4}$的前沿传播的第二类自相似解，其中$t<t_*$。当我们放松通常在湍流中所作的平稳性的隐含假设时，这个解就出现了。理论与观测的一致性可以解释为亚质子尺度太阳风湍流非定常性的证据。
2019-06-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Strategies for determining the cascade rate in MHD turbulence: isotropy, anisotropy, and spacecraft sampling
用于评估级联率的“精确”定律，追溯到Kolmogorov "4/5“定律，已经被扩展到许多感兴趣的系统，包括磁流体动力学（MHD），以及磁流体和普通流体类型的可压缩流动。应当理解，实施方式可能受到可用数据的数量和湍流对称性的缺乏的限制。评估这种"三阶“（或Yaglom）关系的准确性和可行性最有效的方法是检查增量形式的冯·卡曼-豪沃思方程，这是一个框架，三阶定律是从这个框架中导出的渐近近似。使用这种方法，我们研究的内容不可压缩MHD的三阶法律的一些细节。最简单的版本依赖于各向同性的假设和存在一个定义良好的惯性范围，而相关的程序将相同的想法推广到任意旋转对称。从这些法律的基础上几个采样和拟合策略的耗散率获得正确和准确的值的条件进行了研究，使用模拟结果。我们解决的问题是特别相关的采样太阳风湍流的一个或多个航天器。
2022-09-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Energetic Particle Diffusion In Critically Balanced Turbulence
观测和建模表明，磁化等离子体中的波动表现出尺度相关的各向异性，与平均磁场垂直的波动中的能量比平行波动中的能量多，并且各向异性在较小尺度上增加。在湍流等离子体中粒子输运的全轨道模拟中，还没有研究过各向异性的尺度依赖性。本文根据\cite{GoSr1995}提出的临界平衡湍流模型，采用全轨道模拟方法计算高能粒子的空间扩散系数。该模型使用包络湍流方法，其中波数为$k_\perp$的每个二维波模式被封装到长度为$L$的包络中，遵循临界平衡条件$L\propto k_\perp^{-2/3}$，波模式参数在包络之间变化。使用全轨道粒子模拟，我们发现，平行和垂直的扩散系数增加了一个因素2，与以前的模型与尺度无关的各向异性。
2013-04-19 astro-ph.SR physics.space-ph
The Violation of the Taylor Hypothesis in Measurements of Solar Wind Turbulence
受即将到来的太阳轨道器和太阳探测器+任务的启发，定性和定量预测违反泰勒假设对在近太阳环境中测量的磁能频谱的影响。合成航天器数据方法被用来预测观测签名的违反临界平衡Alfvénic湍流或平行的快速/哨声湍流。违反泰勒假设可能发生在慢流状态，导致整个频谱向更高频率移动，或在色散状态，其中耗散范围频谱在高频处发生振荡。结果表明，Alfvénic湍流不会显著违反泰勒假设，但哨声湍流会。因此，频谱的平坦化是快速/哨声湍流的关键观测特征。
2014-06-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
Conductivity spectrum and dispersion relation in solar wind turbulence
本文从电动力学的观点讨论了太阳风中的磁湍流。这可以基于将所有湍流动力学归因于湍流传导率谱的坡印廷定理的使用来完成。对于两个方向的传播的湍流起伏的电磁场相对于平均加外部磁场的湍流耗散谱的表达式被构造。使用太阳风观测的电磁功率谱密度的惯性子范围，然后允许确定的电导率谱，耗散响应函数，在这个范围内。它要求观测完整的电磁频谱能量密度，包括电功率频谱密度。得到了太阳风惯性范围磁湍流的耗散响应函数和色散关系。色散关系表明空间尺度随频率增加而衰减，为泰勒假设的使用提供了独立的支持。耗散函数表示在惯性范围内的湍流电阻率的近似散粒噪声谱，表明在惯性范围内逐步形成结构，暗示存在离散模式湍流和非线性共振。
2017-01-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Shock Propagation and Associated Particle Acceleration in the Presence of Ambient Solar-Wind Turbulence
这篇综述论文的主题是关于太阳风湍流对激波传播的影响及其对激波中高能粒子加速和传输的后果。当行星际激波扫过湍流的太阳风时，激波表面在不同尺度范围内波动和波纹。本文讨论了在有环境太阳风湍流的情况下，粒子在波纹激波处的加速问题。这强烈影响粒子加速和高能粒子（离子和电子）在激波前沿的传输。特别是，我们指出，上游湍流的影响是至关重要的理解高能粒子在冲击的变化。此外，即使当冲击垂直于平均磁场传播时，预先存在的上游湍流的存在也显著增强了低能带电粒子的冲击附近的捕获，包括入射等离子体的热能附近。预先存在的湍流总是存在于空间等离子体中，它提供了一种有效加速低能粒子和克服激波时众所周知的注入问题的手段。
2021-02-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron-ion heating partition in imbalanced solar-wind turbulence
本研究通过混合动理学模拟探讨归一化交叉螺旋度对太阳风加热的调控作用，揭示螺旋度屏障效应随非平衡度变化的规律，解释了多种太阳风观测特征。
2024-09-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Subproton-scale cascades in solar wind turbulence: driven hybrid-kinetic simulations
空间等离子体物理学中一个长期争论的问题是太阳风湍流中亚质子尺度波动的性质。在过去的十年中，一系列的理论和观测研究提出了支持动力阿尔文波（KAW）或哨声湍流。在这里，我们调查数值的亚质子尺度湍流级联的典型SW参数的性质，通过前所未有的高分辨率模拟强制混合动力学湍流在两个实空间和三个速度空间维度。我们的分析表明，在这个模型中的小尺度湍流是占主导地位的KAWs在$β\gtrsim1$和较低的$β$的磁声/哨声波动。湍流的光谱特性似乎与理论预测非常一致。这一结果在不同波的阻尼率的相对变化方面的一个试探性的解释。总的来说，结果提出了有趣的新问题的属性和变化的亚质子尺度湍流在SW，包括其可能依赖于等离子体$β$，并呼吁详细和广泛的参数探索驱动动力学湍流在三维空间。
2016-04-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
First Observation of a Polar Coronal Hole-like Fast Solar Wind Stream in the Sub-Alfvénic Solar Corona: an Analysis of Turbulence Properties
University of Delaware（特拉华大学）；Smithsonian Astrophysical Observatory–Harvard & Smithsonian（史密森天体物理台-哈佛与史密森学会）
帕克太阳探测器在亚阿尔文日冕中首次观测到极区冕洞状快速太阳风，发现其湍流已充分发展且高度不平衡，为太阳风湍流演化提供新约束。
2026-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Large-scale Structure and Turbulence Transport in the Inner Solar Wind -- Comparison of Parker Solar Probe's First Five Orbits with a Global 3D Reynolds-averaged MHD Model
从全球磁流体动力学模型的日华和太阳风的模拟结果进行了比较帕克太阳探测器（PSP）的观测在其前五个轨道。全三维模型是基于与湍流输运方程耦合的平均流量方程。该模型包括电子热传导，库仑碰撞，湍流雷诺应力，并通过湍流级联加热质子和电子的影响。平均湍流能量，交叉螺旋度和相关长度的湍流传输方程求解同时与平均流方程。在日冕底部的边界条件指定使用太阳天气磁图。等离子体，磁场，和湍流参数沿PSP轨迹计算。将前五个轨道的数据汇总，以获得随日心距离变化的趋势。模拟结果与PSP数据的比较显示出良好的协议，特别是平均流参数。磁波动的合成分布的产生，由模型给出的局部均方根湍流振幅的约束。这种计算湍流的属性进行了比较与PSP的观测。
2021-07-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parallel Electric Field Spectrum of Solar Wind Turbulence
通过对10多个卫星年的THEMIS和Cluster数据的搜索，发现了3个在未扰动太阳风中存在平行电场湍流的可靠实例，这些实例中的垂直和平行电场谱具有相似的形状和振幅，即使在大尺度（频率低于离子陀螺标度）上也是如此，在这些尺度上没有平行电场分量的Alfvenic湍流被认为占主导地位。平行电场波动的频谱是幂律的，其指数在离子标度（~ 0.1 Hz）以下接近-5/3，并且在该频率附近频谱平坦。在小尺度（几Hz以上），光谱比-5/3更陡，值在-2.1到-2.8范围内。这些陡峭的斜率与动力学阿尔芬湍流的预期一致，尽管它们相对于垂直波动的振幅大于预期。
2013-04-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Modification of Proton Velocity Distributions by Alfvenic Turbulence in the Solar Wind
本文通过数值求解动力学演化方程，确定了太阳风中的质子速度分布函数。我们比较了考虑外力和库仑碰撞的影响与考虑阿尔芬波湍流影响的结果。我们使用Fokker-Planck扩散项由于Alfvenic湍流，考虑到所观察到的湍流谱和动力学效应的有限质子回旋半径。假设一个位移麦克斯韦质子VDF在模拟边界在14个太阳半径，我们表明，湍流导致一个快速的（在几个太阳半径）发展的反向阳尾质子VDF。我们的研究结果提供了一个自然的解释质子VDFs，这是经常观察到的现场太阳风超过0.3 AU的非热尾。
2013-04-08 physics.space-ph
Influence of the heliospheric current sheet on the evolution of solar wind turbulence
利用扩展箱模型（EBM）的MHD模拟方法研究了日球电流片（HCS）对太阳风中Alfvénic湍流演化的影响。模拟结果表明，在HCS附近，湍流的Alfvénicity降低，表现为较低的归一化交叉螺旋度和较大的过剩磁能。数值结果得到了OMNI数据叠加历元分析的支持，表明HCS周围等离子体片内部的归一化交叉螺旋度减小，HCS中心的过剩磁能显著增强。模拟结果表明，HCS周围Alfvénicity的降低是由于径向磁场的减弱和背景磁场中横向梯度的影响。湍流中的磁能过剩可能是由于速度和磁场之间的Alfvénic相关性的丧失以及球形膨胀的太阳风中横向动能相对于磁能的更快衰减的结果。
2022-02-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Effects of the Background Turbulence on the Relaxation of Ion Temperature Anisotropy in Space Plasmas
空间等离子体中的湍流通常表现出两种状态，这两种状态由划分所谓的惯性范围和动力学范围的光谱突变分开。大尺度磁涨落主要由非线性MHD波-波相互作用控制，遵循-5/3或-2斜率幂律谱。在断裂之后，在动力学效应发生的尺度上，磁谱遵循由谱指数$α> 5/3$给出的更陡的幂律$k^{-α}$形状。尽管它的普遍性，湍流背景光谱的准线性弛豫的太阳风温度的可能影响，通常不考虑。本文利用准线性动力学理论研究了由冷电子和双麦克斯韦质子组成的初始湍流无碰撞等离子体中质子温度的演化，其中电磁波沿背景磁场传播。比较了不同波强下的四种波谱形态。我们表明，足够的湍流磁功率可以驱动稳定的质子横向加热，导致温度各向异性的增加和平行质子β的减少。因此，稳定的质子速度分布可以以这样一种方式演变，即发展动力学不稳定性。这可以解释为什么太阳风的成分可以在远离热力学平衡和接近不稳定阈值的地方被观测到。
2021-03-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the ion-inertial range density power spectra in solar wind turbulence
本文提出了一种与模型无关的第一原理一阶方法，研究了在1天文单位的太阳风离子惯性范围内湍流密度功率谱的形状。在准中性等离子体的离子惯性范围内的去磁离子通过与速度湍流相关的随机均方感应电场的频谱响应于Kolmogorov（K）或Iroshnikov-Kraichnan（IK）惯性范围速度湍流功率谱。维持电准中性的离子引起的湍流密度波动的功率谱密度的变形。太阳风速度湍流中的Kolmogorov惯性范围谱和密度功率谱的观测表明，偶尔观察到的密度功率谱中的尺度限制的颠簸可以追溯到电离子响应。磁功率谱对密度谱的反应是通过破坏压力平衡来实现的。这种方法仍然忽略霍尔电流的贡献，并限于离子惯性范围尺度。虽然在离子惯性尺度的影响范围内的密度和磁湍流谱偏离Kolmogorov或Iroshnikov-Kraichnan，速度湍流保持其惯性范围的形状在这个过程中，光谱平流原来是次要的，但可能成为观察到的特殊外部条件下。分析了WIND观测到的一个个例。我们讨论了这种效应的各个方面，包括受影响的波数尺度范围，依赖于平均流速和波数之间的角度，并为径向膨胀的太阳风流时，假设绝热膨胀在快速太阳风的速度和帕克依赖的太阳风磁场的半径，也可推测的限制湍流源区的径向位置。
2019-02-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Characterization of compressible fluctuations in solar wind streams dominated by balanced and imbalanced turbulence: Parker Solar Probe, Solar Orbiter and Wind observations
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究通过分析Wind、Solar Orbiter和Parker Solar Probe的数据，探讨太阳风中压缩性波动的尺度依赖性和与等离子体β值及径向距离的关系，揭示压缩性波动在太阳风加速和加热中的作用。
2026-04-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron and proton heating by solar wind turbulence
将以往的强磁流体动力学（MHD）湍流的加热和输运公式推广到电子和质子的单独的内能方程。包括电子热传导。能量由影响电子和质子的湍流加热提供，并通过碰撞在它们之间交换。与现有的湍流数据的比较表明，当（i）能量交换时间尺度很长，（ii）湍流引起的热量沉积被划分为60%的质子加热和40%的电子加热时，提供了合理的数据解释。热传导，这里确定的经验拟合，在描述电子数据中起着重要作用。
2009-07-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Density Fluctuation Spectrum of Solar Wind Turbulence between Ion and Electron Scales
我们提出了一个测量光谱指数的离子和电子尺度之间的密度波动在太阳风湍流使用ARTEMIS航天器上的ECONOMIC仪器。在1天文单位的平均光谱指数被发现是-2.75 +/- 0.06，比纯哨声或动力阿尔芬波湍流的预测更陡，但与以前的磁场测量一致。陡峭的光谱也与在此尺度范围内增加湍流能量的不稳定性或阻尼的预期一致。无论是谱指数，也没有平坦化的密度谱离子尺度前被发现依赖于接近压力各向异性不稳定阈值，这表明它们是固有的湍流级联的功能。
2012-05-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-similar signature of the active solar corona within the inertial range of solar wind turbulence
我们量化的尺度的磁能密度的惯性范围内的太阳风湍流看到原位在1 AU相对于太阳活动。在太阳活动最大时，当日冕磁场是动态的和拓扑复杂的，我们发现自相似标度的太阳风，而在太阳活动最小时，当日冕场更有序，我们发现多重分形。这量化的太阳风签名，是直接的日冕起源，并区分它从本地MHD湍流，与定量的影响，我们的理解日冕加热的太阳风。
2007-05-25 physics.flu-dyn physics.space-ph
