Cascades and dissipation ratio in rotating MHD turbulence at low magnetic Prandtl number
提出了旋转和外加磁场共同作用下各向同性磁流体动力学湍流的现象。假设三重相关衰减时间在涡旋翻转时间和与旋转频率和Alfvén波周期相关联的时间之间是最短的。对于$Pm=1$，它导致了四种分段谱，这取决于四个参数，能量注入率，磁扩散率，旋转速率和外加磁场。本文采用磁流体湍流的壳模型（包括旋转和外加磁场），给出了$Pm \le 1$的谱，以及磁耗散和粘性耗散的比值。
2010-10-15 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Role of Cross Helicity in Cascade Processes of MHD turbulence
本文的目的是研究由一个外力激发的各向同性（非Alfven）MHD湍流的谱特性，该外力在能量的同时将交叉螺旋度注入到流动中。结果表明，交叉螺旋度阻碍了MHD湍流中谱能量的传递，导致系统中能量的积累。这种积累一直进行到涡的增强补偿了非线性相互作用效率的降低。对于给定的注入螺旋度与能量之比，得到了平均湍流能量的估算公式。值得注意的是，湍流在其低速率注入时累积注入的交叉螺旋度-积分相关系数显著超过注入螺旋度与能量之间的比率。结果表明，随着交叉螺旋度的增加，谱斜率从“5/3”逐渐增大到“2”。
2009-04-10 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
Observation of Turbulent Magnetohydrodynamic Cascade in the Jovian Magnetosheath
我们提出的第一个估计的能量级联率在木星的磁鞘（MS）。我们使用原位观测从木星极光分布实验（JADE）和磁强计调查（MAG）仪器搭载的朱诺号航天器，与最近的两个可压缩模型调查级联率的磁流体动力学（MHD）尺度。虽然在木星MS中观察到高水平的可压缩密度波动，但在MHD惯性范围内存在恒定的能量通量。在MHD范围内，当存在密度涨落时，可压缩等温和多变能量级联率增加。我们发现，在木星的磁鞘的能量级联率至少是两个数量级（100倍）小于相应的典型值在地球的磁鞘。
2023-01-31 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Identification of the weak-to-strong transition in Alfvénic turbulence from space plasma
利用四颗Cluster航天器首次在地球磁鞘中观测到MHD湍流的Alfvénic弱到强转变，揭示了非线性相互作用在能量级联中的关键作用，对恒星形成和太阳风加热等领域具有广泛影响。
2024-04-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-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
Impact of pressure anisotropy on the cascade rate of Hall-MHD turbulence with biadiabatic ions
本文利用精确定律通过三维直接数值模拟评估了离子压力各向异性对双绝热离子 Hall-MHD 湍流级联率的影响，发现其可增强或降低级联率，并提出一种基于傅里叶的数值计算方法。
2024-10-25 nlin.CD physics.plasm-ph
The incompressible energy cascade rate in anisotropic solar wind turbulence
上下文磁引导场的存在在太阳风湍流中引起了几种类型的各向异性。在惯性范围内的尺度之间的能量级联率强烈地依赖于该磁引导场的方向，根据相对于磁引导场的平行和垂直方向分裂能量级联。目的。利用帕克太阳探测器（PSP）两年多的观测资料，研究了各向同性和各向异性的能量级联率。研究了方差和归一化涨落比、动能和磁能以及归一化交叉螺旋度和剩余能。给出了日心距、等离子体局部温度和能量级联分量之间的关系。方法.利用完全发展的不可压磁流体（MHD）湍流的精确关系，计算了不可压能量级联率。特别是，使用各向同性和2D和平板假设，各向同性，垂直和平行的能量级联率分量估计。结果方差各向异性比，速度和磁场，不表现出相对于0.2和0.8 AU之间的日心距离$r$的依赖性。虽然速度归一化波动比显示出与$r$的依赖性，但磁归一化波动比不显示出依赖性。发现各向同性和各向异性能量级联率与温度之间存在很强的相关性，当PSP接近太阳时，垂直级联明显优于平行级联。在最大MHD尺度下，观测到缓慢太阳风湍流中平板组件上占主导地位的二维级联和/或几何结构。
2022-05-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlocal Contributions to the Turbulent Cascade in Magnetohydrodynamic Turbulence
本文修正MHD湍流的P&P定律，引入Alfvén效应导致的非局域能量转移项，并通过直接数值模拟表明忽略该项会高估能量耗散率及太阳风加热贡献。
2024-04-10 physics.plasm-ph
Joint inverse cascade of magnetic energy and magnetic helicity in MHD turbulence
我们发现，相反方向的能量和磁螺旋度的通量共存的惯性范围内充分发展的磁流体动力学（MHD）湍流与小尺度源的磁螺旋度。利用磁流体动力学湍流的螺旋壳模型，我们研究了高雷诺数磁流体动力学湍流的螺旋度注入的规模是远远小于能量注入的规模。在比螺旋度强迫尺度更大的尺度范围内，出现了类似于Schneck的效应，导致谱斜率的局部减小。斜率的变化在一个域中具有较高的相对磁螺旋度，这决定了在给定尺度下与螺旋模式相关的磁能的一部分。如果相对螺旋度接近1，则光谱斜率趋向于$-3/2$。我们表明，这种能量堆积是由与磁螺旋度相关的磁能的逆级联引起的。这种负能通量是纯磁能转移的贡献，它在非螺旋极限中消失。在天体物理发电机的背景下，我们的研究结果表明，一个大规模的发电机可以在小尺度上产生的磁螺旋度的影响。特别是动力学螺旋度，根本不参与这个过程。一个有趣的发现是，一个反向级联的磁能可以提供一个小规模的源的磁螺旋度波动没有平均注入的磁螺旋度。
2014-12-10 astro-ph.GA physics.plasm-ph
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
Solar Wind Turbulence Around Mars: Relation Between The Energy Cascade Rate And The Proton Cyclotron Waves Activity
不可压缩的能量级联率在磁流体动力学（MHD）尺度的第一个估计是在等离子体上游的火星弓形激波，使用MAVEN观测和精确的关系推导出MHD湍流。能量级联率计算的事件与质子回旋波（PCW）活动，时间间隔时，MAVEN是在太阳风没有磁连接的弓激波。结果表明，当等离子体中存在PCW时，MHD尺度下的非线性能量级联被轻微放大。的归一化交叉螺旋度和剩余能量的湍流波动的分析表明，存在的Alfvénic和非Alfvénic波动的磁主导制度的大多数情况下。
2020-10-22 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-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
Observation of inertial energy cascade in interplanetary space plasma
在这篇文章中，我们显示了直接的证据存在的惯性能量级联，最典型的签名的磁流体湍流（MHD），在太阳风的观测卫星。在简单地重新推导了MHD湍流的Yaglom定律的等价形式之后，我们证明了对于包含Elsässer变量的混合三阶结构函数的标度，确实观察到了一个线性关系。这一实验结果证实了MHD湍流理论的公式，并确定了太阳风等离子体中低频速度和磁场波动的湍流特征。
2007-02-09 astro-ph nlin.CD physics.plasm-ph
Inverse cascade suppression and shear layer formation in MHD turbulence subject to a guide field and misaligned rotation
天体物理等离子体经常受到旋转和大尺度背景磁场的影响。单独地，每一个都已知在垂直平面中二维化流动。在现实的流中，这两种效应同时存在，重要的是，它们不需要对齐。在这项工作中，我们数值研究了三维受迫磁流体动力学（MHD）湍流的全球旋转和垂直的背景磁场的竞争效应。我们专注于一个强背景场的情况下，发现从零开始增加旋转速率产生显着的变化的湍流的结构。从零旋转时的二维逆叶栅开始，流动首先过渡到动能的正向叶栅，然后过渡到剪切层主导的区域，最后过渡到第二剪切层区域，其中动能通量被强烈抑制，能量传递由感应磁场介导。我们表明，前两个过渡发生在不同的值的Rossby数，和第三个发生在一个不同的值的Lehnert数。更一般地说，我们的研究结果表明，当考虑强旋转和强引导场的同时限制时，这些限制的顺序在错位的情况下很重要。
2022-01-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Electron MHD: dynamics and turbulence
本文在无惯性电子磁流体力学（EMHD）的框架内研究哨声模的动力学和湍流相互作用。我们认为在EMHD中没有能量原理：任何静止的闭合位形都是中性稳定的。我们考虑了哨声模式的湍流级联。我们证明了（i）谐波哨声是精确的非线性解;（ii）共线哨声不相互作用（iii）具有相同波矢量值$k_1=k_2$的波不相互作用;（iv）哨声模式具有允许三波衰减（包括到零频率模式）的色散;（v）三波相互作用有效地耦合具有高度不同的波数和传播角的模式。此外，哨声与单个零模的线性相互作用可以通过参数不稳定性导致空间发散结构。所有这些性质都与MHD有很大的不同，因此Alfven湍流的定性性质不能转移到EMHD湍流中。推导了电磁流体力学的哈密顿公式，并利用Bogolyubov变换将其化为正则形式，计算了哨声三波相互作用的矩阵元。我们数值求解的动力学方程，并表明，一般情况下，EMHD级联发展在一个广泛的角度范围内，而瞬态它可能会显示各向异性，近二维结构。级联的发展取决于强迫（非普遍的），往往无法达到稳定状态。分析估计预测的磁波动的准各向同性级联$\propto k^{-2}$的频谱。级联仍然很弱（未达到临界平衡）。级联是UV局部的，而红外局部性被弱地（光学地）违反。
2013-06-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Why MHD turbulence forms sheets: energy conversion and cascade geometry
The University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文通过理论框架与数值模拟，证明磁流体湍流中片状结构源于动能与磁场的能量转换，该转换重组应变运动，导致片状几何主导并耗竭惯性能量传递，并提出可观测的诊断方法。
2026-09-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic Turbulent Cascade of Coronal Loop Magnetic Fields
通过高分辨率模拟研究了日冕加热的Parker模型。在波动磁能E_M（k_perp）\propto k_ \perp^{-2.7}超过动能E_K（k_ \perp）\propto k_ \perp^{-0.6}的情况下，解析惯性范围。在小尺度下，随着速度的增加，增量分别为δb_ \ell \simeq \ell^{-0.85}和δu_ \ell \simeq \ell^{+0.2}，表明磁重联在该湍流系统中起主要作用.我们表明，光谱能量传输类似于标准的磁流体动力学（MHD）湍流，即使是一个系统的重连电流片维持的边界。在这种新的MHD湍流叶栅中，动能流可以忽略不计，而交叉场流被增强，并通过两个场之间的一系列“反射”，级联超过一半的总光谱能流。
2011-06-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
In-situ observation of Hall Magnetohydrodynamic Cascade in Space Plasma
我们提出的湍流能量级联率的估计，来自霍尔MHD三阶定律。计算了霍尔项和磁流体项对能流的贡献。我们使用MMS数据积累的磁鞘和太阳风，并与以前建立的模拟结果进行比较。我们发现，在观察中，MHD的贡献是占主导地位的惯性尺度，在模拟中，但霍尔项变得显着的观测在更大的尺度比在模拟中。可能的原因提供了这种意想不到的结果。
2020-05-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
MHD Turbulence: A Biased Review
这篇评论将过去几年的发展放在规范时间线的背景下（Kolmogorov到Iroshnikov-Kraichnan到Goldreich-Sridhar到Boldyrev）。有人认为，Beresnyak的反对，Boldyrev的对齐理论违反了RMHD重标度对称性可以调和对齐，如果后者被理解为一个不稳定性效应。因此，在这种解释中恢复的博尔迪列夫的标度是湍流系统中不稳定性的物理理论的一个例子。排列结构的出现带来了重联物理学，因此MHD湍流理论与撕裂和电流片破裂的物理学交织在一起。回顾了Loureiro、Mallet等人最近在这方面的工作，认为我们终于对MHD级联的耗散尺度有了一个相当完整的了解。这幅图似乎与Beresnyak的耗散截止的Kolmogorov标度与Boldyrev的对准叶栅相一致。这些想法也使一些进展，在了解饱和磁流体发电机，认为是由重联控制，并包含，在小尺度上，撕裂介导的级联类似于其强平均场对应。在这个核心叙述的边缘，标准的弱MHD湍流理论被认为需要调整-并提出了一个计划-考虑到自发涌现的二维凝聚在调解阿尔芬波级联中发挥的作用。这就完成了大尺度下的MHD级联的图像。一些悬而未决的问题进行了调查，关于不平衡的MHD湍流（提出了一个新的理论），剩余能量，亚粘性和衰减制度的MHD湍流（重联再次突出功能）。最后，有人认为，自然的研究方向是现在远离MHD和动力学领域。
2022-07-19 astro-ph.GA astro-ph.HE nlin.CD
Magnetic reconnection as a driver for a sub-ion scale cascade in plasma turbulence
采用高分辨率二维混合动力学模拟方法，采用拉格朗日和欧拉两种互补方法以及不同的驱动机制，揭示了由磁重联触发的无碰撞等离子体湍流中亚离子尺度级联产生的新途径.模拟结果提供了清晰的数值证据，即在第一个磁重联事件发生后，无论MHD尺度下湍流级联的实际状态如何，在所谓的离子破裂以下的幂律能谱的发展都会发生。在这两个模拟中，重联介导的平行磁波动的小尺度能谱表现出一个非常稳定的谱斜率~-2.8，无论大尺度湍流级联是否已经完全发展。一旦达到准稳态湍流状态，总磁涨落的谱在MHD范围内趋于-5/3的谱指数，在亚离子尺度下趋于~-3。
2017-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Hosking integral in nonhelical Hall cascade
本文研究了中子星壳层等仅由电子运动控制的环境中的磁场衰减，发现Hosking积分仍控制衰减但具有不同维度，导致相关长度和磁能密度的时间演化标度不同于普通MHD湍流，并与非螺旋霍尔级联的数值模拟结果一致。
2022-12-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Determination of turbulent heating rate and relaxed states in finite Larmor radius magnetohydrodynamic turbulence with helicity barrier
Indian Institute of Technology Kanpur（印度坎普尔理工学院）
本文研究了有限兰姆半径磁流体动力学湍流中能量和广义螺旋度的 cascade 法律，揭示了强螺旋度失衡导致的 helicity 障碍，从而得出离子加热率的计算方法，并推导了松弛状态的特性。
2026-04-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Spectral transfer and Kármán-Howarth-Monin equations for compressible Hall magnetohydrodynamics
我们推导了两种新形式的衰减可压缩霍尔磁流体动力学（MHD）湍流的Kármán-Howarth-Monin方程。我们测试他们的弱可压缩，二维，中等雷诺数霍尔MHD模拟的结果，并比较它们与各向同性频谱传输（ST）方程。由于边界条件的周期性，KHM和ST方程在整个模拟过程中自动满足，并具有互补的累积行为。它们在这里被用来分析湍流的开始及其充分发展时的性质。这些方法给出了等价的结果表征：在大尺度上的动能+磁能的衰减，MHD和霍尔跨尺度能量传递/级联，压力膨胀和耗散。当磁流体效应使能量接近离子惯性范围时，出现霍尔级联，并与重联电流片的形成有关。在稍后的时间，压力膨胀能量交换率在零附近振荡，当在其振荡的一段时间内平均时，对跨尺度能量转移没有净影响。一个减少的一维分析表明，所有这三种方法可能是有用的估计能量级联率从现场观测。
2021-04-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A Statistical Study of the Compressible Energy Cascade Rate in Solar Wind Turbulence: Parker Solar Probe Observations
利用 Parker Solar Probe 数据，研究发现在太阳风中靠近太阳时可压缩与不可压缩 MHD 能量级联率绝对值显著增加，且可压缩性增强会使等温和多方级联率高于不可压缩情况。
2023-11-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Basic Properties of MHD Turbulence in the Inertial Range
我们重新讨论了惯性范围内MHD湍流的谱斜率问题，并认为数值方法更倾向于Goldreich-Sridhar -5/3斜率而不是-3/2斜率。对MHD湍流的各向异性进行了精密测量，确定了Alfvenic湍流的各向异性常数C_A=0.34。它与以前测得的Kolmogorov常数C_K=4.2或纯Alfvenic情况下的C_K = 3.3一起，构成了对MHD级联的完整的谱量描述，具有很高的天体物理实用价值。
2012-04-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Cascades and Spectra of a Turbulent Spinodal Decomposition in 2D Symmetric Binary Liquid Mixture
本文研究了二维Cahn-Hilliard-Navier-Stokes（CHNS）湍流中的级联和谱的基本物理过程，并与二维磁流体动力学（MHD）湍流进行了比较。重要的相似之处包括基本方程，理想的二次不变量，级联和线性弹性波的作用。表面张力引起弹性，并且表面张力能和湍流动能之间的平衡确定系统的长度尺度（Hinze尺度）。Hinze标度可以被认为是流体应变和弹性回复力之间的紧急临界平衡的标度。Hinze尺度和耗散尺度之间的尺度构成了二维CHNS系统的弹性范围。通过直接数值模拟，我们发现在弹性范围内，二维CHNS系统的均方浓度谱$H^ψ_k$与二维MHD反级联区的均方磁势谱$H^A_k$具有相同的幂律（$-7/3$）.该幂律与观察到的$H^ψ$的逆级联一致。在大尺度强迫下，二维CHNS系统的动能谱为$E^K_k\sim k^{-3}$，表明二维Navier-Stokes（NS）湍流的直接涡度拟能级联幂律。与二维MHD湍流能谱的差异意味着浓度场对流体运动的反作用是有限的。我们认为这是因为表面张力反作用仅在界面区域是显著的。界面区域仅填充了2D CHNS系统的一小部分，并且它们的界面填充分数比2D MHD小得多。
2016-07-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Long-term decaying evolution of MHD turbulence
本文采用壳模型对大雷诺数下磁流体湍流的自由衰减进行了数值研究。我们研究的统计特性的基础上的代表性样本的实现（128实现每种类型的初始条件）在$10^5$大规模的周转时间。模拟结果表明，尽管初始条件相似，但无力非螺旋MHD湍流可以表现出两种不同的演化情景。在第一种情况下，交叉螺旋度的积累是如此之快，能量级联消失之前，显着的磁能耗散。然后系统接近最大交叉螺旋度的状态。在第二种情况下，级联过程继续保持活动状态，直到以大规模周转时间为单位的时间$10^4$。然后，由于磁螺旋度守恒，磁场变得非常螺旋。因此，磁能不随动能而消散。
2010-09-22 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Introduction to Strong Alfvénic MHD Turbulence
Chungnam National University（忠南国立大学）
本文介绍强阿尔文磁流体动力学湍流，探讨其在不同尺度下的特性及标度关系，重点分析湍流生成机制和相关物理过程。
2026-02-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Anisotropic fluxes and nonlocal interactions in MHD turbulence
本文研究了在不同强度的均匀磁场$\bf B$作用下，衰减磁流体动力学（MHD）流级联中能量传递和谱相互作用的局部性和非局部性。结果是基于一个详细的分析，在中等的数值模拟流。能量传递函数，以及全球和部分通量，检查通过不同的几何波数壳。一方面，无论${\bf B}$的强度如何，两个守恒的Elsässer能量$E^+$和$E^-$的传递函数在平行于磁引导场的方向（$k_\|$ -方向）和垂直于磁引导场的方向（$k_\perp$ -方向）上都是局部的。另一方面，从通量分析，两个反向传播的Elsässer波之间的相互作用成为非局部的。事实上，随着${\bf B}$强度的增加，局部相互作用强烈降低，并且与小$k_\|$模式的相互作用在级联中占主导地位。在$k_\perp$ -方向上的大部分能流是由于在$k_\|=0$的平面中的模式，而在$k_\|$ -方向上的较弱级联是由于具有$k_\|=1$的模式。因此，较强的磁化流倾向于更接近弱湍流极限，其中三波共振相互作用占主导地位。因此，通过减少能量级联中的有效模式的数量，发生从强到弱湍流状态的过渡。
2007-08-06 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
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
Energy cascade rate measured in a collisionless space plasma with MMS data and compressible Hall magnetohydrodynamic turbulence theory
利用磁层多尺度（MMS）航天器观测数据和最近导出的{ \it可压缩} Hall MHD湍流的精确定律，首次完整地估算了地球磁鞘中磁流体动力学（MHD）和亚离子尺度下的可压缩能量级联率$|\varepsilon_\text{C}|$.采用多航天器技术计算速度梯度和磁场梯度，然后计算出所有的关联函数。结果表明，当密度涨落相对较小时，$|\varepsilon_\text{C}|$在MHD尺度下与不可压缩类似物$|\varepsilon_\text{I}|$很好地一致，但在亚离子尺度下比$|\varepsilon_\text{I}|$大得多。对于较大的密度波动，在每个尺度上，$|\varepsilon_\text{C}|$都大于$|\varepsilon_\text{I}|$，并且其值显着高于较小的密度波动。我们的研究还表明，对于小的和大的密度波动，非通量项始终保持相对于通量项可以忽略不计，并且在亚离子尺度下对$|\varepsilon_\text{C}|$的主要贡献来自可压缩的霍尔通量。
2019-11-21 astro-ph.EP physics.plasm-ph
MHD Turbulence: Scaling Laws and Astrophysical Implications
湍流是天体物理流动最常见的状态。在典型的天体物理流体中，湍流伴随着强磁场，这对湍流级联的动力学有很大的影响。近年来，磁流体动力学（MHD）湍流理论取得了重大突破。这是我们第一次有一个尺度模型，是由观测和数值模拟支持。本文综述了不可压缩湍流和可压缩湍流的研究进展。我们比较了Iroshnikov-Kraichnan和Goldreich-Sridhar模型，并讨论了Alfvén，慢波和快波的标度。我们还讨论了全新的制度下发生的MHD湍流的尺度下，流体动力学湍流运动阻尼的粘性。在部分电离的弥漫星际气体的情况下，粘性是由于中性和截断湍流级联在$\sim$秒差距尺度。我们表明，在这个尺度下，磁波动与浅谱持续和讨论的可能性后，离子和中性粒子去耦恢复的MHD级联。我们讨论了这一新的洞察力的宇宙线输运，晶粒动力学等MHD湍流的影响，以及如何检验理论预测与观测结果。
2002-05-17 astro-ph physics.ao-ph physics.flu-dyn
Anisotropic MHD Turbulence
太阳风和星际介质中存在大尺度的磁场，使得磁流体动力学（MHD）湍流各向异性。在弱湍流极限中，三波相互作用占主导地位，分析和高分辨率的数值计算结果的基础上随机散射的剪切-阿尔文波平行于大尺度磁场传播，以及直接模拟严格证明了各向异性的能量谱，尺度为$k^{-2}_\perp$，而不是著名的Iroshnikov-Kraichnan（IK）频谱的$k^{-3/2}$的各向同性的情况下。即使在没有背景磁场的情况下，各向异性被发现开发相对于本地磁场，虽然能谱是全球各向同性的，并被发现是一致的与$k^{-3/2}$缩放。在直接数值模拟中还发现，能量级联率更接近于IK标度而不是Kolmogorov标度。最近对太阳风级联率的观测（作为质子温度和1天文单位处太阳风速度的函数）似乎支持这一结果[Vasquez等人，2007年]。
2011-09-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
A Weakened Cascade Model for Turbulence in Astrophysical Plasmas
本文提出了一个精细的弱碰撞天体物理等离子体动力学湍流级联模型，它既考虑了弱湍流和强湍流之间的转换，又考虑了非局域相互作用对能量非线性传递的影响。该模型描述了弱和强MHD湍流之间的过渡和从强动力学Alfven波（KAW）湍流到弱耗散KAW湍流的互补过渡，这是一种新的弱湍流状态，其中大尺度运动剪切效应和动力学耗散起着重要作用。在耗散范围内的非线性能量级联率的非局部运动的影响，特别是剪切大尺度运动，建议列入解释近幂律能量谱的动力学数值模拟和太阳风观测的耗散范围内观察到的。
2011-09-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Mind the Gap: Nonlocal Cascades and Preferential Heating in High-$β$ Alfvénic Turbulence
本文研究高β阿尔芬湍流中非局域级联如何跨越非传播谱隙使能量到达小尺度，并给出修正的质子-电子加热比函数，发现非局域效应会抑制局域模型预测的质子加热增强。
2024-02-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlinear transverse cascade and two-dimensional magnetohydrodynamic subcritical turbulence in plane shear flows
我们发现，并通过数值模拟调查自我维持的二维湍流的磁流体动力学流具有最简单的配置：平面，noninflectional（具有恒定的剪切速度）和线程由一个平行的均匀的背景磁场。这种流动是谱稳定的，因此湍流本质上是亚临界的，因此它可以仅仅由剪切流非常态引起的瞬态增长机制来大力支持。该机制在谱（波数）平面中似乎基本上是各向异性的，并且主要针对空间傅立叶谐波起作用，其中流向波数小于流动剪切与阿尔文速度之比$k_y < S/u_A$（即，阿尔文频率低于剪切速率）。着重分析了湍流的非线性过程特征和自维持机制，关于线性瞬态增长和非线性过程之间的相互作用，在谱平面上。我们的研究涉及一种新的湍流能量注入过程--瞬态增长，代表了MHD湍流研究的主要趋势。我们发现非线性动力学与流体动力学中的相关动力学--与亚临界湍流的\emph{bypass}概念相似。所分析的非线性MHD过程的本质似乎是在波数平面内动能和磁谱能量的横向重新分布[如在相关的流体动力学流动中所发生的那样，见Horton等人，E { \bf 81}，066304（2010）]，并且与MHD剪切流中的（各向异性的正向和反向）级联过程的现有概念根本不同。
2014-09-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Shell to shell energy transfer in MHD, Part II: Kinematic dynamo
本文研究了在运动发电机状态下，受迫三维磁流体湍流中不同尺度之间的能量传递。研究了两种不同的力：非螺旋Taylor Green流（磁普朗特数P_M = 0.4）和螺旋ABC流（P_M = 1）。这种分析使我们能够检查哪些尺度的速度流是负责发电机的行动，并确定哪些尺度的磁场直接从速度场接收能量，哪些尺度通过级联的磁场从大到小的尺度接收磁能。结果表明，湍流速度脉动是小尺度（小尺度发电机）磁场放大的主要原因，而大尺度磁场的放大主要是由于大尺度流动。磁场能量从大尺度到小尺度的直接级联也存在，并且是小尺度中磁场增加的补充机制。从小磁尺度的速度场输入的能量占主导地位的能量是级联从大尺度，直到大尺度的磁能谱的峰值达到。在更小的尺度上，大部分磁能输入来自级联过程。
2005-05-26 physics.flu-dyn 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
Coarse-Grained Incompressible Magnetohydrodynamics: analyzing the turbulent cascades
我们制定了一个粗粒化的方法，磁流体动力学（MHD）流体在一个连续的长度尺度。在这种方法中，有效的方程推导出可观测的速度和磁场空间平均在任意尺度的分辨率。裸速度和磁场的微观方程重整化粗粒化产生的宏观有效方程，包含一个次尺度应力和次尺度电动势（EMF）所产生的非线性相互作用的消除场和等离子体运动。在大的粗粒化的长度尺度，直接耗散的微观机制（如分子粘度和斯皮策电阻率）的不变量是可以忽略不计的。在大尺度上的平衡，而不是占主导地位的子尺度非线性项，它可以跨尺度转移不变量，并解释在能源的工作概念和拓扑通量链接的两个螺旋。这种方法的一个重要应用是MHD湍流，其中粗粒化长度$\ell$位于惯性叶栅范围内。我们表明，在足够粗糙的速度和/或磁场的情况下，非线性尺度间传输不需要消失，可以持续到任意小的尺度。虽然封闭的表达式是不可用的次尺度应力和次尺度电动势，我们推导出严格的上限上的有效耗散，它们产生的标度指数的速度和磁场。这些界限提供了精确的约束的唯象理论的MHD湍流，以允许非线性级联的能量和交叉螺旋度。另一方面，我们表明，前向级联的磁螺旋度渐近小尺度是不可能的，除非三阶矩的速度或磁场成为无穷大。
2017-01-30 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic Reconnection under Anisotropic MHD Approximation
利用基于双绝热近似和Landau闭合模型的一维和二维无碰撞MHD程序，研究了无碰撞磁重联中慢模激波的形成。我们弥合了Petschek型MHD重联模型伴随着一对慢激波和观测证据的罕见场合的原位慢激波观测之间的差距。结果表明，一旦发生磁重联，下游区域将出现感压各向异性，产生的慢激波与各向同性MHD中的慢激波相比非常弱。尽管激波很弱，但由此产生的重联率比各向同性情况下的重联率高10-30%。这一结果表明，慢激波在重联系统的能量转换中不一定起重要作用，这与地球磁层的卫星观测结果是一致的。
2013-10-28 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic cascade beyond magnetohydrodynamics of solar wind turbulence in two-dimensional hybrid simulations
太阳风湍流的本质在耗散范围内的尺度远小于大的MHD尺度，仍然存在争议。在这里，二维模型的基础上的混合代码缩写为A.I.K.E.F.提出了一种将大质量离子视为服从动力学弗拉索夫方程的粒子，将无质量电子视为中性流体的方法。直到MHD区域中的某个波数，数值系统通过假设各向同性Alfvén波的叠加来初始化，其振幅遵循经验证实的Kolmogorov谱定律。然后湍流发展，能量级联进入色散光谱范围，在那里也发生耗散效应。在典型的太阳风条件下，弱湍流发展为动力学区域中简正模的叠加。平行于背景磁场方向的光谱分析揭示了左手阿尔文/离子回旋波级联到波矢量，在那里它们的共振吸收集，以及右手快模和哨声波的连续级联。Peradular的背景场，一个广泛的湍流谱被发现是建立了具有很强的压缩分量的波动。离子伯恩斯坦波似乎是可能的正常模式在这个传播方向较低的驱动振幅。还发现了短尺度压力平衡结构（非常倾斜的慢模波）的签名。
2012-02-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Linear Theory of Visco-Resistive Tearing Instability
本文将修正LSC理论扩展至黏滞-电阻MHD，引入有限上游开放边界，给出阻止撕裂不稳定性正向级联的临界条件。
2024-03-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
As a matter of tension -- kinetic energy spectra in MHD turbulence
磁化湍流普遍存在于许多天体物理和地球系统中，但即使是最简单的形式，磁流体力学（MHD），也没有完整的，无可争议的理论。许多理论和现象学都集中在联合（动能和磁场）的能量通量和光谱。我们强调的重要性，分别处理动能和磁能阐明MHD湍流动力学。我们进行了一个隐式大涡模拟亚音速，超Alfvénic MHD湍流和分析的尺度随时间的能量转移。我们的关键发现是，动能谱开发的缩放约$k^{-4/3}$在固定制度的动能级联被抑制的磁张力。这促使重新评估现有的MHD湍流理论的能量通量的一个更有区别的建模。
2020-09-07 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Energy Cascade and Damping in Fast-Mode Compressible Turbulence
该研究利用高分辨率动力学模拟证明，强非线性可压缩湍流在相位陡化产生激波时仍保持能量级联，且MHD尺度阻尼符合渡越时间阻尼理论。
2025-09-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Turbulent drag reduction in magnetohydrodynamic and quasi-static magnetohydrodynamic turbulence
在流体动力学湍流中，大尺度注入的动能级联到惯性范围，导致恒定的动能通量。相反，在磁流体动力学（MHD）湍流中，一部分动能被转移到磁能。因此，对于相同的动能注入率，MHD湍流中的动能通量与其流体动力学对应物相比减小。这导致非线性项（$\la | ({\bf u}\cdot \nabla) {\bf u} | \ra$，其中${\bf u}$是速度场）和湍流阻力相对减弱，但MHD湍流中的速度场增强。我们使用流体动力学和MHD湍流的壳模型模拟来验证上述。准静态MHD湍流也表现出类似于MHD湍流的湍流阻力减小。
2020-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Probability Density Functions in Homogeneous and Isotropic Magneto-Hydrodynamic Turbulence
推导了磁流体动力学（MHD）湍流中多点概率密度函数的演化方程。本文讨论了MHD湍流中的矩族与Eschrasekhar导出的矩族的关系，并导出了一个联合特征泛函的泛函方程，它可以被认为是流体动力学湍流中的Hopf泛函的类比。在此基础上，我们发展了一种基于非封闭项联合高斯假设的单点磁场概率密度函数演化方程的封闭方法。它明确表明，这种封闭，连同假设的均匀性和各向同性，导致消失的非线性项。我们讨论了这一发现的影响，产生磁场，并给出了一个简短的展望轴对称理论，其中包括一个平均磁场。
2020-03-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Trapping of cosmic rays in MHD turbulence
天体物理等离子体是湍流和磁化的。宇宙射线（CR）与磁流体动力学（MHD）湍流的相互作用是一个基本的天体物理过程。基于目前对MHD湍流的理解，我们重新审视了磁镜在MHD湍流背景下对CRs的捕获。在可压缩MHD湍流中，各向同性快模支配CR的捕获和回旋共振散射。捕获的存在显著抑制了螺距角散射和CR沿磁场的空间扩散。由此产生的平行扩散系数具有较弱的依赖于CR能量在较高的能量。在不可压缩MHD湍流中，在所有俯仰角下，伪Alfvén模的捕获都优于各向异性Alfvén模和伪Alfvén模的回旋共振散射，并阻止了CR的扩散。
2020-03-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Can Hall Magnetohydrodynamics explain plasma turbulence at sub-ion scales?
本文采用二维霍尔磁流体力学（HMHD）和混合粒子模拟（HPIC）方法研究了等离子体湍流的性质。我们发现，HMHD模拟表现出的光谱特性，在大多数情况下，与HPIC模拟和太阳风观测的结果一致。磁涨落的能谱在MHD尺度下呈双幂律分布，其谱指数为$-5/3$，在动力学尺度下为$-3$，而速度涨落的谱指数在MHD尺度下为$-3/2$。MHD和动力学尺度之间的突破发生在相同的规模在两个模拟。在MHD范围内，总能量和剩余能量谱的斜率满足快速阿尔文发电机平衡。湍流级联的发展同时具有在大涡旋之间形成的薄电流片中发生的磁重联事件的特征。统计分析表明，重联是定性相同的，快速的HMHD和HPIC模式，其特点是逆重联率远小于特征大涡非线性时间。这种一致性还延伸到其他统计特性，比如磁场的峰度。此外，观察到的直接能量转移从大涡的小的子离子尺度触发的磁重联，进一步支持存在的重联介导的湍流制度在动力学尺度。我们的结论是霍尔-MHD流体描述捕获在很大程度上的大MHD尺度和子离子尺度之间的湍流级联的过渡。
2019-04-23 physics.plasm-ph
Diffusion and dispersion of passive tracers: Navier-Stokes versus MHD turbulence
基于高分辨率直接数值模拟，对均匀、宏观各向同性Navier-Stokes（NS）和非螺旋磁流体动力学（MHD）湍流中的湍流扩散和对色散进行了比较。MHD和NS系统之间的显着差异被观察到的对色散特性，特别是在MHD湍流的分离速度的强烈减少相比，NS的情况下。结果表明，在MHD湍流中，平均对色散减慢$τ_\mathrm{d}\lesssim t\lesssim 10 τ_\mathrm{d}$，$τ_\mathrm{d}$是Kolmogorov时间，由于相对拉格朗日示踪剂速度与当地磁场的对齐。NS和MHD湍流中的湍流单颗粒扩散没有检测到显着差异。在最小的耗散结构附近的流体粒子的轨迹被发现是特征不同的，虽然在这项工作中研究的统计数据，这些罕见的事件有一个可以忽略不计的影响。
2007-03-22 physics.plasm-ph
Strong MHD Turbulence and Coherent Structures as Drivers of Cosmic Particle Acceleration
University of Ioannina（约阿尼纳大学）；Aristotle University（亚里士多德大学）
本文探讨强湍流与相干结构在宇宙粒子加速中的核心作用，强调其在能量转化和粒子加速中的关键地位，提出需整合多尺度等离子体动力学与可观测的高能粒子特征。
2026-04-18 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Can we trust MHD jump conditions for collisionless shocks?
当应用于计算激波的密度跃变时，标准磁流体动力学（MHD）形式主义假设：1）所有上游物质连同其携带的动量和能量一起向下游传递，以及2）压力是各向同性的。在无碰撞的激波中，激波加速的粒子绕着前缘来回运动可以使第一个假设失效。此外，外部磁场可以维持稳定的压力各向异性，使第二个假设无效。因此，不清楚无碰撞激波的密度跳跃是否满足MHD跳跃。在这里，我们试图澄清这个问题。对68篇关于无碰撞冲击的Particle-In-Cell模拟的文献进行了综述。我们分析了触发偏离MHD密度跳跃的因素，并量化了它们对$Δ_{RH}$的影响，即偏离Rankine-Hugoniot跳跃的相对偏离。对于小偏差，我们提出了$Δ_{RH} = + \mathcal{O}(10^{-1-3.7κ})t^κ- σ\mathcal{O}(1)$，其中$t$是模拟的时间尺度，$σ$是磁化参数，$κ$是阶数单位的常数。第一项源于能量泄漏到加速粒子中。第二项源于由场触发的下游各向异性（假设上游各向同性）。这个关系允许评估在何种程度上无碰撞冲击满足RH密度跳跃。在强场极限和平行激波情况下，由场引起的偏离在一个有限的负值处饱和。对于垂直激波，在小的和高的$σ$时，偏离趋于零，因此我们在这里找到一个偏离窗口。必须根据完整的3D模拟检查所获得的结果。
2020-07-14 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Energy transfer in compressible magnetohydrodynamic turbulence
磁场、压缩性和湍流是许多地球和天体物理过程中的重要因素。虽然能量动力学，即能量是如何转移内和之间的动力和磁水库，以前已经研究了不可压缩的磁流体动力学（MHD）湍流的背景下，我们扩展壳到壳的能量转移分析的可压缩制度。我们推导出四个新的传递函数，特别是捕获压缩性的影响，在动能和磁级联，并捕获通过磁压力的能量交换。为了说明他们的可行性，我们执行和分析四个模拟驱动等温MHD湍流在亚和超声速制度与两个不同的代码。一方面，我们的分析揭示了跨政权和数值方法的鲁棒特性。例如，个别尺度之间的能量转移是本地和向前的两个级联与磁级联是强于动能。与叶栅相比，与磁张力和磁压力相关的转移不那么局部化，并且更弱。我们没有发现明显的非本地转移的证据。另一方面，我们表明，某些功能，例如，磁能级联的压缩分量表现出更复杂的行为，其随状态和数值方法而变化。在建立了可压缩状态下的分析基础之后，该方法现在可以应用于研究更广泛的参数空间。
2017-10-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Scaling of ISM Turbulence: Implications for HI
银河系HI是一种气体，由于其部分电离而与磁场耦合。HI的许多性质都受到湍流的影响。近年来，磁流体动力学（MHD）湍流理论取得了重大突破。这是该主题历史上第一次，我们有一个由数值模拟支持的缩放模型。本文综述了不可压缩湍流和可压缩湍流的研究进展。我们还讨论了新的制度下发生的MHD湍流的尺度下，传统的湍流运动得到阻尼的粘性。在HI的情况下，中性粒子产生粘性，并在秒差距尺度上截断湍流级联。我们表明，在这个尺度下，磁波动与浅谱持续存在，并指出一种可能性的MHD级联离子和中性粒子去耦后恢复。我们讨论了宇宙线输运和晶粒动力学的新见解MHD湍流的影响。
2001-12-15 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
