Beyond Mean Solar Wind Conditions: Turbulence-Aware Forecasting of the AE Index
Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；University of Reading（雷丁大学）
本文提出一种湍流感知的XGBoost模型，通过引入太阳风湍流特征（波动幅度、间歇性和阿尔文结构），在60-90分钟预测时间内优于仅基于平均参数的基线模型，并显著提升极端事件预测的鲁棒性和经济价值。
2026-06-16 physics.space-ph
Scaling of compressible magnetohydrodynamic turbulence in the fast solar wind
使用最近推导出的精确定律的简化形式（Banerjee和Galtier，PRE，2013年），研究了可压缩波动在快速太阳风湍流能量级联中的作用，用于可压缩等温磁流体动力学和THEMIS B/ARTEMIS P1航天器的原位观测。对数据的统计调查显示，湍流能量级联超过二十年的尺度，这比以前根据精确的不可压缩定律所作的估计更广泛。一个长期的分析可压缩模型揭示了新的洞察力所发挥的作用，可压缩波动的能量级联。在10%的分析样本中，相对于不可压缩模型，可压缩波动显示出放大（2至4倍）湍流级联速率。这种新的估计级联率显示，提供足够的能量耗散所需的。
2016-09-02 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
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
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
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
The Near-Sun Streamer Belt Solar Wind: Turbulence and Solar Wind Acceleration
帕克太阳探测器（PSP）的第四个轨道到达日心距离下降到27.9 Rs，使太阳风湍流和加速机制能够在比以前更靠近太阳的地方进行现场研究。的湍流特性被认为是显着不同的PSP的第四次太阳能遇到的入境和出境部分，可能是由于接近日光层电流片（HCS）在出境期间。在HCS附近，在流光带风中，湍流被发现具有较低的振幅，较高的磁压缩性，较陡的磁场谱（谱指数接近-5/3而不是-3/2），较低的Alfvénicity，以及在低得多的频率下的“1/f”突变。这些也是1天文单位时慢风的特征，表明近太阳流带风是典型的慢太阳风。性质的转变发生在距HCS约4°的预测角距离处，这表明在这些距离处，流光带风的全宽约为8°。虽然大多数的Alfvénic湍流能量通量PSP测量的反射驱动的湍流模型所需的太阳风加速是一致的，在流光带的通量显着低于模型预测，这表明额外的机制是必要的，以解释加速的流光带太阳风。
2021-01-01 astro-ph.SR 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
Bi-Directional Energy Cascades and the Origin of Kinetic Alfvénic and Whistler Turbulence in the Solar Wind
观测到的太阳风中的亚质子尺度湍流光谱提出了湍流如何起源的问题。在太阳静止期对千电子伏高能电子的观测表明，它们可能是驱动湍流的自由能来源。使用粒子在细胞中的模拟，我们探讨如何在高能电子的自由能，释放的电子双流不稳定性驱动韦伯一样的电磁波，激发波波相互作用。因此，动力学Alfvénic波和哨声波都被激发，并通过反向和正向磁能级联演化。
2014-01-01 astro-ph.SR physics.space-ph
Chromospheric turbulence as a regulator of stellar wind mass flux
The University of Tokyo（东京大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM（巴黎萨克雷大学、巴黎西岱大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、天体物理学和分子相互作用实验室）；Nagoya University（名古屋大学）
研究通过一维波驱动风模拟，探讨色球湍流对恒星风质量通量的调节作用，发现抑制色球湍流可使日冕粒子通量增加一个数量级，从而再现日冕磁场强度与质量通量的观测比例关系。
2026-04-22 astro-ph.SR 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
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
Solar Energetic Particle event onsets at different heliolongitudes: The effect of turbulence in Parker Spiral Geometry
本研究提出考虑Parker螺旋几何的日球层湍流新模型，通过100-MeV质子全轨道模拟，揭示SEPs能沿蜿蜒磁力线快速跨越磁场传播至60°日面经度范围，复现了观测到的SEP事件不对称起始等特征。
2023-03-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Common Origin of Kinetic Scale Turbulence and the Electron Halo in the Solar Wind -- Connection to Nanoflares
本文总结了近年来我们在电子速度分布函数中对太阳风动力学尺度湍流和电子晕起源的研究。越来越多的纳米耀斑和微观III型射电暴的观测强烈表明，纳米耀斑和加速电子束在日冕中很常见。基于Particle-in-Cell模拟，我们发现在太阳风中观测到的核晕特征和动力学尺度湍流都是由纳米耀斑加速电子束驱动的电子双流不稳定性的非线性演化产生的。波和粒子之间的能量交换在内日冕中达到平衡，并且当太阳风沿着开放的磁场线逃逸到行星际空间时，湍流和速度分布的关键特征得以保留。观测测试的模型和未来的理论工作进行了讨论。
2016-03-02 astro-ph.SR physics.space-ph
Energy Cascade Rate In Compressible Fast And Slow Solar Wind Turbulence
对太阳风湍流惯性范围内的能量级联率的估算，目前大多是在不可压缩磁流体力学（MHD）理论下进行的。在这里，我们超越了近似，包括等离子体压缩性使用一个简化的形式最近推导出的精确的法律可压缩，等温MHD湍流。利用THEMIS/ARTEMIS航天器在快速和慢速太阳风中的现场数据，我们详细研究了可压缩波动在修正不可压缩MHD模型预测的能量级联率方面的作用。特别是，我们发现，能量级联率：i）放大，特别是在缓慢的太阳风; ii）表现出较弱的波动，在空间尺度上，这导致一个更广泛的惯性范围比以前报道的; iii）具有幂律缩放与湍流马赫数; iv）具有较低的空间各向异性水平。太阳风湍流的其他功能进行了讨论，以及与以前的研究，使用不可压缩或启发式（非精确）可压缩MHD模型的比较。
2016-12-07 astro-ph.SR 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
A robust empirical relationship between speed and turbulence energy in the near-Earth solar wind
University of Delaware（特拉华大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Maryland（马里兰大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院空间研究所）
本文基于近地观测数据，建立了速度与磁流体动力学尺度湍流能量之间的稳健经验关系，为湍流能量估算提供了实用方法，适用于高分辨率测量不可用的情况。
2026-04-10 astro-ph.SR physics.space-ph
Energy dissipation processes in solar wind turbulence
湍流是由不规则流填充的混沌流态。湍流的耗散是物理学领域中的一个基本问题。从理论上讲，如果没有碰撞，耗散最终无法实现，因此如何在几乎无碰撞的太阳风中耗散湍流动能是一个具有挑战性的问题。波粒相互作用和磁重联是两种可能的耗散机制，但哪种机制占主导地位仍是一个有争议的话题。在这里，我们分析的耗散区域缩放周围的太阳风磁重联区域。我们发现磁重联区域在耗散范围内表现出独特的多重分形标度，而周围的太阳风湍流在大部分时间内表现出单分形耗散过程。这些结果为磁重联点周围的间歇性多重分形耗散区标度提供了第一个观测证据，同时也对基本的能量耗散过程具有重要意义.
2015-12-31 astro-ph.SR 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
Onset of turbulent fast magnetic reconnection observed in the solar atmosphere
从伽马射线暴到太阳耀斑，快速的磁重联为整个宇宙的爆炸事件提供了动力。尽管它的重要性，天体物理快速重联的开始是激烈辩论的主题，仍然是等离子体物理的一个悬而未决的问题。在这里，我们报告的两个重连驱动的太阳微耀斑的高节奏观测得到的\textit{Interface Region Imaging Spectrograph}，显示持续的湍流前耀斑。这些流动的速度与最初的局部声速相当，这表明在高度湍流的等离子体环境中发生了快速重连。我们的结果是在密切的定量协议与理论的磁驱动的重联，以及与数值模拟，其中快速磁重联诱导湍流。
2020-02-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph 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
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
Imbalanced magnetohydrodynamic turbulence modified by velocity shear in the solar wind
本文研究了背景速度剪切下的不可压非平衡磁流体动力学湍流。使用标度参数，我们表明，湍流级联显着加速时，背景速度切变是强于次主导的Alfv% én波在注入尺度的速度切变。谱输运由背景切变而不是湍流切变控制，形成谱指数为$-1$的Tchen谱。该频谱从注入尺度延伸到次主导波切变等于背景切变的频谱突变尺度。估计的谱突变和功率谱与快速太阳风中的观测结果符合得很好。该机制有助于增强湍流级联和修改$-1$光谱中观察到的快速太阳风与强大的速度切变。这种机制也可以在许多其他天体物理环境中运行，其中湍流在非均匀等离子体流的顶部发展。
2016-10-22 astro-ph.SR 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
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
Persistence of small-scale anisotropy of magnetic turbulence as observed in the solar wind
利用Helios 2号探测器观测的太阳风资料，研究了磁流体动力学湍流的各向异性。我们调查的行为的完整的高阶矩张量的磁场增量，我们比较通常的纵向结构功能，具有各向同性和各向异性的贡献，完全各向异性的贡献。标度指数已被提取的插值标度函数。与流体流动中常见的湍流不同，小尺度的磁波动保持各向异性。我们讨论了各向异性和双折射率的径向依赖性以及它们之间的关系。
2006-07-13 physics.data-an physics.plasm-ph physics.space-ph
Observational evidence for self-generation of small-scale magnetic flux ropes from intermittent solar wind turbulence
我们提出了独特的{和额外的}观测证据的自我生成的小尺度相干磁通量绳结构的太阳风。这种结构的持续时间在9和361分钟之间，确定从风在现场航天器测量通过格拉德-Shafranov（GS）的重建方法。事件发生次数平均每年约为3，500次，并具有明显的太阳周期依赖性。我们建立了一个数据库的小规模磁通量绳从二十年的价值风航天器的数据。结果表明，壁面到壁面时间的幂律分布与惯性范围湍流有很好的对应关系，这与相关观测和数值模拟结果相一致。我们还提供了轴向电流密度分布从基于GS的观测分析，这产生了一个非高斯的概率密度函数与数值模拟结果一致。
2018-01-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Proton Heating in Solar Wind Compressible Turbulence with Collisions between Counter-propagating Waves
磁流体湍流被认为在实验室、空间和天体物理等离子体加热中起着至关重要的作用。然而，湍流波动和颗粒动力学之间的精确联系尚未建立。在这里，我们提出了明确的证据等离子体湍流加热诊断波的特点和质子速度分布的基础上，从太阳风测量的风航天器。我们首次报道了在太阳风湍流中同时观测到反向传播的磁流体动力学波。与传统的Alfvén波反向传播的模式不同，在这种新型的太阳风可压缩湍流中，向阳慢磁声波（SMW）会遇到反向阳Alfvén波（AWs）。反向传播的AWs和SWs分别对应于不平衡Elsässer变量的优势和次优势种群。AWs和SMW之间的非线性相互作用推断从一个波的可能的振荡方向和其他的可能的传播方向之间的非正交性。相关的质子显示出双向不对称的光束在其速度分布：向阳光束出现在短而窄的模式和反向阳广泛的延长尾巴。这表明，多种类型的波粒相互作用，即，回旋加速器和朗道共振与AW和SMW在动力学尺度，正在发生联合加热质子垂直和平行。
2015-09-14 astro-ph.SR 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
Relaxation Processes in Solar Wind Turbulence
基于整体守恒原理，磁流体力学（MHD）弛豫理论预测存在几个平衡，如泰勒状态或整体动态排列。这些状态通常被视为非常长的时间和大规模的平衡，它只出现在湍流级联终止后。正如流体力学和最近的MHD数值模拟所建议的那样，在湍流级联期间可能会发生松弛过程，这将表现为局部补丁的平衡样配置。使用多航天器分析技术与集群数据相结合，我们计算的电流密度和流动涡度，并首次证明，这些本地化的弛豫事件中观察到的太阳风。这样的事件对等离子体湍流的统计有重要的影响。
2014-06-16 astro-ph.SR 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
Solar Wind Turbulence and the Role of Ion Instabilities
太阳风可能是研究天体物理等离子体湍流的最佳实验室。除了磁场的存在外，与中性流体各向同性湍流的不同之处在于：碰撞耗散的弱和几个特征空间和时间尺度的存在。本文讨论了从磁流体到电子尺度的大范围内太阳风湍流的观测特性。在MHD尺度下，在惯性范围内，磁涨落的湍流级联主要在垂直于平均场的平面内发展。太阳风湍流本质上是可压缩的。速度涨落谱不服从磁场谱。不同等离子体参数的概率分布函数不是高斯分布，表明存在非线性。目前还没有考虑到惯性范围的所有这些观测特性的全球模型。在离子尺度下，湍流谱发生突变，可压缩性增强，密度涨落谱局部平坦。在离子尺度附近，磁谱是可变的，并且离子不稳定性作为局部等离子体参数的函数发生。在离子和电子尺度之间，似乎建立了一个小尺度的湍流级联。接近电子尺度，波动不再是自相似的：通常观察到指数截止，表明耗散的开始。小尺度级联的性质和可能的耗散机制仍在争论中。
2013-06-22 astro-ph.SR 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
-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
Reconnection outflow generated turbulence in the solar wind
Petschek型含时重联（TDR）和准定常重联（QSR）模型被用来研究太阳风中的重联外流结构和相关的局部湍流特征。我们发现，流出结构，如不连续，开尔文-亥姆霍兹（KH）不稳定的通量管或连续的空间填充流不能区分从一点风测量。在这两种模型中，重连流出都可以产生或多或少的空间扩展的湍流边界层（TBD）。详细研究了一个独特的扩展重联外流的结构。谱标度和破裂位置的分析表明，重联外流可以控制当地的场和等离子体条件，这可能有利于一个或另一个湍流耗散机制，其特征尺度和波数。
2014-11-28 astro-ph.SR physics.space-ph
On the Interpretation of the Scalings of Density Fluctuations from In-situ Solar Wind Observations: Insights from 3D Turbulence Simulations
本文利用三维可压缩磁流体动力学模拟，研究了太阳风密度涨落的各向异性效应及采样角度对功率谱和方差的影响，并指出需仔细平均才能从观测中揭示密度变化与湍流马赫数等量的标度关系。
2023-03-09 astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulence-Level Variations and Magnetic Field Orientations in the Fast Solar Wind
分析了ACE和STEREO A和B上测量的大量快速太阳风流的湍流磁场，以确定当地时间平均磁场方向上的连续性水平的广泛变化的影响。湍流的功率水平，大致定义为功率的横向场的波动归一化到中等规模的平均背景场，严格命令的峰值的位置的概率分布函数（PDF）的本地字段和帕克螺旋之间的角度。结果，湍流功率水平的广泛变化导致湍流的平均功率水平对局部场与帕克螺旋的角度的陡峭依赖性，其中在帕克螺旋的法线附近发现最高湍流水平，并且在帕克螺旋方向附近发现最低水平。适用于间歇性时变湍流的平均交叉场位移的广义准线性估计导致在所有稳定湍流水平下观察到的角度PDF的准确拟合，支持各向同性湍流可以解释观察到的角度PDF的想法。在帕克螺旋方向上或附近的背景场周围的湍流场的轴对称的假设下，根据局部场和背景场之间的角度α的PDF，对局部场和径向方向之间的角度α_r进行建模，也产生了观察到的α_r的PDF的相当好的拟合，从而验证了该假设。最后，我们发现，即使在非常广阔的“单极”快速太阳风流中，局部场反转也是相当常见的。
2013-12-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Kinetic Signatures and Intermittent Turbulence in the Solar Wind Plasma
利用位于1天文单位的Wind航天器的测量结果，在太阳风等离子体中观察到动力学过程与间歇性湍流之间的联系。特别是，动力学效应，如温度各向异性和等离子体加热集中在相干结构，如电流片，这是不均匀分布在空间附近。此外，这些相干结构优先发现在等离子体不稳定的镜像和消防水龙带不稳定性。在这些区域中的不均匀加热（其存在于磁场平行和垂直温度分量中）导致质子比在典型的稳定等离子体条件下热至少3-4倍。这些结果提供了一个新的理解动力学过程中的湍流制度，线性弗拉索夫理论是不足以解释非高斯结构附近的非均匀等离子体动力学。
2012-04-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Linking Fluid and Kinetic Scales in Solar Wind Turbulence
我们调查之间的大尺度和小尺度的太阳风波动的频率突破分离流体和动力学制度的功能可能存在的联系。其目的是关联的磁场波动极化在耗散尺度与特定状态的湍流内的惯性范围内的波动。我们发现，在惯性范围内的动力学制度和流体参数的每种类型的极化之间的明确的相关性。此外，第一次在文献中，我们表明，左手和右手的极化波动占据不同领域的等离子体不稳定性的温度各向异性图，如预期的Alfv $\acute{\textrm{e}}$ n离子回旋加速器和动力学Alfv $\acute{\textrm{e}}$ n波，分别。
2016-12-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Wind Helium Abundance Heralds Solar Cycle Onset
研究了太阳风氦氢丰度（$A_\mathrm{He}$）与太阳活动周开始的关系。使用OMNI/Lo数据，我们表明，$A_\mathrm{He}$增加之前，太阳黑子数（SSN）的最小值。我们还确定了一个快速消耗和恢复$A_\mathrm{He}$，直接发生在周期开始之前。这种$A_\mathrm{He}$关闭发生在几乎相同的时间跨越太阳风速度（$v_\mathrm{sw}$），这意味着它是由一种机制形成的，不同于驱动$A_\mathrm{He}$的太阳周期尺度变化和相对于SSN的$v_\mathrm{sw}$依赖的相位偏移的机制。连续的$A_\mathrm{He}$关闭之间的时间通常在相应的太阳周期长度的数量级上。使用BP测量提供的背景下，我们推断，这种关闭可能与相邻的太阳周期的重叠和赤道通量取消的老，延长太阳周期在太阳极小期。
2021-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar-Cycle Modulation and Photospheric Magnetic Control of Turbulence in the Young Solar Wind
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of Delaware（特拉华大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）
本研究结合帕克太阳探测器观测、数值模拟与遥感数据，揭示太阳活动周内年轻太阳风湍流特性的变化规律，明确其湍流特性与冕洞、活动区等太阳源区的关联。
2026-08-13 astro-ph.SR physics.space-ph
Nonlinear and Linear Timescales near Kinetic Scales in Solar Wind Turbulence
对等离子体波、阻尼和不稳定性的线性动力学处理的应用需要相关联的线性时间尺度和非线性（例如，湍流）演化。在太阳风中，这两种类型的时间尺度可以使用标准的柯尔莫哥洛夫式分析和观测数据直接进行比较。估计当地的非线性磁流体级联的时间，评估相关的动力学尺度接近，保持慢于回旋加速器周期，但可比，或快于，典型的时间尺度的不稳定性，各向异性波，和波阻尼。湍流时间尺度随长度尺度的变化得到了观测和模拟的支持。在此基础上，使用线性理论-假设常数参数来计算相关的动力学速率-可能会受到质疑。建议质子回旋频率和非线性时间在离子陀螺标的产品提供了一个简单的措施湍流对质子动力学行为的影响。
2014-04-25 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
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
Kinetic plasma turbulence in the fast solar wind measured by Cluster
本文应用k-滤波技术和波偏振分析方法对星团磁场数据进行处理，研究了快速太阳风中离子回旋半径尺度的等离子体湍流。在这样的尺度下，波的传播方向几乎垂直于背景磁场。这些波在太阳风框架中的频率比质子回旋频率小得多。在确定了各个航天器频率$f_{sc}$处的波矢${\bf k}$后，分析了在垂直于${\bf k}$的平面内的波偏振特性。磁波动具有$δB_\perp>δB_\parallel$（这里的$\parallel$和$\perp$指的是背景磁场${\bf B}_0$）。波磁场在传播角$θ_{\bf kB}<90^\circ$和$>90^\circ$处具有右旋极化。然而，垂直于${\bf B}_0$的平面中的磁场没有明显的主导极化，而是局部旋转。我们讨论的优点和局限性的线性动力学Aflvén波（KAWs）和相干的阿尔文涡的数据的解释。我们认为，快速太阳风湍流可能填充KAWs，小尺度电流片和Alfvén涡在离子动力学尺度。
2013-03-20 astro-ph.SR physics.space-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
Mode Composition Shapes Magnetic Anisotropy in Solar Wind Turbulence
University of California, LA（加州大学洛杉矶分校）
研究揭示太阳风湍流中磁各向异性与压缩模态的关系，为三维湍流cascade提供了新视角。
2025-12-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropy of Imbalanced Alfvenic Turbulence in Fast Solar Wind
我们提出了第一次测量的尺度依赖的功率各向异性的Elsasser变量在不平衡的快速太阳风湍流。主要的Elsasser模式在较低的航天器频率是各向同性的，但在较高的频率变得越来越各向异性。次主导模式在整个过程中是各向异性的，但以与尺度无关的方式（在较高频率下）。在通常被认为是惯性范围的范围内，有两个不同的子范围表现出不同的标度。低阿尔芬比和浅标度的次主导Elsasser模式的速度和磁场标度之间观察到的差异的解释。总能量由后者主导。这些结果似乎不能完全解释的不可压缩不平衡MHD湍流的任何现有理论。
2010-12-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
