Efficient small-scale dynamo in solar convection zone
我们通过一系列高分辨率的磁流体动力学模拟研究了太阳对流区中的小尺度发电机作用，在一个局部笛卡尔区域中，水平范围为1 $R_\odot$（太阳半径），径向范围为0.715到0.96 $R_\odot$。的分辨率和扩散率的解决方案的依赖关系进行了研究。对于小于350 km的网格间距，对流区底部附近的均方根磁场强度达到均分场强度的95%（即，磁能和动能相当）。对于这些解决方案的洛伦兹力反馈对流速度被发现是显着的。对流区底部附近的速度降低到流体动力学速度的50%。尽管对流速度显著降低，但焓通量的减少相对较小，因为磁场还抑制了上、下流区域之间熵的水平混合。这种效应增加了熵扰动的幅度，使对流能量传输更有效。我们讨论了太阳全球对流和发电机模拟这些结果的潜在影响。
2015-02-12 astro-ph.SR
On effects of surface bipolar magnetic regions on the convection zone dynamo
本文研究了表面双极磁区对对流区中大尺度发电机的影响。该研究采用非线性三维平均场发电机模型。我们通过非轴对称的磁浮力效应，它作用于对流区上半部分的大尺度环形磁场，模拟了BMR在表面上的出现。这种机制产生的非轴对称磁场是浅的。在表面上，BMR对磁场产生的影响占主导地位。{然而，由于BMR分布较浅，与对流区发电机相比，它对全球发电机的影响较小。我们发现作用于BMR非轴对称磁场的平均场$α$效应比BMR的倾斜效应对发电机过程的贡献更大。即便如此，BMR倾斜度的波动导致了全球发电机的平价制动。在表面的非轴对称磁场，这是由于BMR的活动产生的，在磁活动周期的最大值期间，低$\ell$模式的双螺旋谱的趋势与正号。
2022-05-20 astro-ph.SR
Rotational Dependence of Large-scale Dynamo in Strongly-stratified Convection: What Causes It?
在具有对流湍流的刚性旋转磁流体动力学（MHD）系统中，当自旋速率足够大时，可以激发出$α^2$型大尺度发电机。本文采用平均场发电机模型结合磁流体对流的直接数值模拟，研究了$α^2$型发电机的转动相关性及其产生的原因。考虑到太阳/恒星发电机的应用，我们采用了强分层的多变性作为对流大气的模型。我们的DNS模型表明，$α^2$型发电机被激发时，${\rm Ro} \lesssim 0.1$，其中${\rm Ro}$是定义的体积平均对流速度的Rossby数。从相应的MF模型，我们证明了旋转依赖的$α^2$型发电机主要是由于湍流磁扩散的大小的变化。随着自旋速率的增加，湍流磁扩散减弱，而对流区的$α$效应基本保持不变，为大尺度发电机的激发提供了临界点。本文还从湍流电动势的转动依赖性的观点讨论了冷星中可观测到的恒星磁活动的${\rm Ro}$依赖性。总的来说，我们的研究结果表明，为了更好地掌握恒星发电机的活动和它的${\rm Ro}$依赖性，它应该是量化的对流速度的变化与恒星的自旋速率，考虑到旋转淬火和洛伦兹力反馈的磁场对流湍流。
2022-06-14 astro-ph.SR
Convection and dynamo action in B stars
主序星的大质量恒星拥有对流核心，可能具有强大的发电机作用。为了评估核心对流在这些恒星内的磁场建设中的作用，我们采用了3-D滞弹性球谐（ASH）代码模型湍流动力学在10个太阳质量的主序星（MS）的B型恒星旋转4倍的太阳率。我们发现，强（900 kG）的磁场出现在湍流的核心和渗透到稳定分层的辐射区。这些领域表现出复杂的，随时间变化的行为，包括磁极性的逆转和移动之间的半球占主导地位的总磁能。
2010-11-03 astro-ph.SR
Azimuthal dynamo wave in spherical shell convection
我们报告的方位角发电机波的低阶（m=1）模式中的直接数值模拟（DNS）的湍流对流球壳的发现。这样的波预测的平均场发电机理论，并已获得以前的平均场模型。测光和多普勒成像的观测结果都揭示了几颗快速旋转恒星的斑点持续漂移，但是，尽管方位角发电机波被认为是造成这种行为的可能机制，但它被认为是不可能的，因为缺乏来自DNS的这种波的实际证据。在我们的DNS中的大规模磁场，这是由于自洽发电机作用，是由一个逆行的m=1模式为主。它的图案速度几乎与纬度无关，并且不反映任何深度的差异旋转速度。磁性m=1结构的极值与温度m=2结构的最大值相吻合。这些结果提供了直接支持所观察到的漂移是由于方位角发电机波。
2013-09-26 astro-ph.SR
Helicity inversion in spherical convection as a means for equatorward dynamo wave propagation
我们在这里讨论一个纯粹的流体动力学机制来反转的动力学螺旋度，这起着关键作用，在大多数模型的发电机行动旋转对流的周期性磁性的传播方向确定的符号。这种传播为发电机模型提供了一个突出而令人困惑的约束。在太阳中，活动区域首先出现在中纬度地区，然后在一个周期的过程中出现在赤道附近，但大多数以前的全球规模发电机模拟都显示出向极传播（如果它们是周期性的话）。在这里，我们强调一些模拟中，发电机波的传播方向主要是改变了整个大部分的内部的动力学螺旋度的反转，而不是由差异旋转的变化。这往往发生在具有低普朗特数和内部加热的情况下，在局部密度梯度相对较小的区域中。我们分析了这种逆温是如何产生的，并将其与对流的情况进行了对比，对流要么是高度柱状的（即，在这两种情况下，动力螺旋度的典型廓线（北半球大部分地区为负值）反而占主导地位。
2015-12-03 astro-ph.SR
Mean-field solar dynamo models with strong meridional flow at the bottom of the convection zone
本文研究了一个在对流区底部有一个深滞止点和强回流的纬向环流的运动学轴对称平均场发电机模型。这种环流来自太阳对流区角动量平衡的平均场模型。我们表明，这类纬向环流有可能构建在某些方面类似于太阳黑子磁活动周期的运动发电机模型。发电机模型包括湍流源的大规模极向磁场生产，由于动力学螺旋度和综合效应，由于科里奥利力和大规模的电流。在这些模型中，环向磁场，这是负责太阳黑子的生产，是集中在对流层的底部，并通过纬向流传输到低纬度地区。极向场的纬向分量也集中在对流区的底部，而径向分量则集中在近极区。这些问题可能是由给定的纬向环流型和对流区内磁扩散率的分布引起的。特别是在近赤道地区，环向分量和极向分量之间的相位关系与观测结果不一致。此外，我们表明，磁循环的周期可能并不总是单调减少的纬向流速度的增加。因此，对于进一步的进展，重要的是确定的纬向环流的结构，这是一个关键的属性，从日震观测。
2011-04-07 astro-ph.SR
Dynamo cycles in global convection simulations of solar-like stars
几颗类太阳恒星表现出类似于太阳的周期性磁场活动，如在光球和色球层发射中发现的。我们希望了解这些活动周期的旋转依赖性所涉及的物理机制。我们使用三维磁流体动力学模拟的全球对流发电机模型的类太阳恒星的发电机的旋转依赖性进行调查。我们进一步应用测试场方法来确定这些模拟中的$α$效应。我们发现发电机具有明确的振荡平均磁场为中度和快速旋转运行。对于较慢的旋转，场是恒定的或呈现不规则的周期。在中等和快速旋转区，循环周期随旋转而微弱增加。这种行为可以很好地解释与帕克-吉村发电机波赤道旅行。尽管$α$效应随着旋转的增加而变得更强，但剪切减小得更陡，导致这种对旋转的弱依赖性。与其他数值研究类似，我们没有发现Brandenburg等人（1998）提出的活动分支。然而，我们的模拟似乎更符合Distefano et al.（2017）和Olspert et al.（2017）提出的过渡分支。如果太阳表现出类似于我们在模拟中发现的发电机波，它将在对流区深处运行。
2018-05-07 astro-ph.SR
A Babcock-Leighton-type Solar Dynamo Operating in the Bulk of the Convection Zone
在大多数Babcock-Leighton（BL）型太阳发电机模型中，环向磁场被假定产生于速跃层中，其中极向场是由太阳黑子群的出现和随后的消散产生的。然而，磁活动的充分对流的恒星和MHD模拟的全球恒星对流最近提出了严重的怀疑，在产生的环向场的速跃层的重要性。在这项研究中，我们的目标是开发一个新的BL型发电机模型，其中发电机主要在对流区的大部分内运行。我们的二维模型包括太阳的差异旋转，单细胞的纬向流，近表面的径向泵，强湍流扩散，BL型极向源，和非线性反作用的磁场的源与垂直的外边界条件的影响。该模型导致一个简单的偶极配置的极向场，具有主导的纬向分量，这是由纬向剪切内的对流区的大部分，以产生的环形磁通量卷起。因此，速跃层在模型中的作用可以忽略不计。该模型再现了太阳活动周期的基本特性，包括：（a）大约11年的周期和18年的延长周期;（b）反对称环向场从高纬度开始向赤道方向传播;（c）与观测结果一致的极场演变。我们的模型打开了一个范式转变的可能性，在理解太阳周期过渡到经典的通量传输发电机。
2022-04-29 astro-ph.SR
Effects of Penetrative Convection on Solar Dynamo
球形太阳能发电机模拟。采用一种新开发的基于阴阳网格的数值模拟程序，数值求解了对流层下具有稳定分层层的自洽、完全可压缩磁流体动力学系统。通过比较有无稳定层两种模型，研究了穿透对流的影响。在这两个模型中的差分旋转配置文件是合理的太阳与赤道加速度。当考虑穿透对流时，在对流区下方发展并维持一个类似于速斜的剪切层，而不需要假设任何强迫。当湍流磁场在对流运动剧烈的区域中占主导地位时，平均场分量优先在对流运动不太剧烈的区域中组织。特别是在稳定层中，具有偶极对称性的强大尺度场自发地建立起来。无论稳定层的存在与否，平均场分量的极性反转在整个系统中全局同步地发生。我们的研究结果表明，稳定分层层是组织大规模强磁场的关键组成部分，但不是必要的极性反转。
2013-09-11 astro-ph.SR
Dynamo action and magnetic buoyancy in convection simulations with vertical shear
太阳黑子形成的一个假设是，在速跃层强烈的径向剪切力产生的磁通量管浮起。在这种情况下，磁场必须超过一个阈值，然后才能浮起来，并出现在整个对流区。我们遵循随机种子磁场的演变，目的是研究在什么条件下有可能激发发电机的不稳定性，以及发电机产生的磁场是否会变得不稳定，并出现在磁通管上下文中预期的表面。我们进行数值模拟的可压缩湍流对流，包括垂直剪切层。像太阳速跃层一样，切变位于对流层和稳定层之间的界面。我们发现剪切和对流能够放大初始磁场，形成大尺度的细长磁结构。磁场强度取决于几个参数，例如剪切振幅、剪切层的厚度和位置以及磁雷诺数（$\Rm$）。每当环形磁场达到大于接近均分值的阈值的幅度时，它就变得有浮力并上升到对流区中，在对流区中它膨胀并形成蘑菇形结构。某些浮现事件，即初始场振幅最大的事件，能够到达域的最上层。这些事件能够修改对流模式，形成更广泛的对流单体或对流涡在该领域的方向上延长。然而，在这些事件中，场都不保持其初始结构。
2011-02-16 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
Small-scale dynamos in simulations of stratified turbulent convection
小规模的发电机行动往往被认为是造成宁静的太阳磁场。我们的目的是确定在非旋转湍流对流在低磁普朗特数的小规模发电机的激励条件和饱和水平。我们使用高分辨率的直接数值模拟弱分层湍流对流。我们发现，发电机激励的临界磁雷诺数增加的磁普朗特数减少，这可能表明，小规模的发电机行动是不自动明显的机构与小磁普朗特数的太阳。作为磁雷诺数（${\rm Rm}$）的函数，发电机的增长率是一致的${\rm Rm}^{1/2}$缩放。未发现${\rm Rm}$的生长速率对数增加的证据。
2018-02-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Convective Babcock-Leighton Dynamo Models
我们提出了第一个全球性的，三维模拟的太阳/恒星对流，考虑到磁通量出现的Babcock-Leighton（BL）机制的影响。我们已经表明，包含BL极向源项的对流模拟可以促进循环活动，否则稳定发电机。一些周期性质让人想起太阳观测，例如对流区底部附近的环形通量向赤道传播。然而，在这个年轻的太阳（旋转速度比太阳速率快三倍）的周期是非常短的（$\sim$ 6个月），目前还不清楚是否可以实现更长的周期在这个建模框架内，由于高效率的场生成和传输的对流。即便如此，在三维对流模拟中纳入平均场参数化来解释通量出现等难以捉摸的过程，可能会在未来的太阳和恒星活动周期建模中证明是有用的。
2012-01-12 astro-ph.SR
Slow convection and fast rotation in crystallization-driven white dwarf dynamos
最近有人提出，白矮星产生磁场的过程类似于地球。地核的结晶化产生了一种驱动对流的成分反转，结合旋转，这可以维持一个磁发电机。我们重新分析发电机机制，所产生的缓慢结晶的核心，并发现对流周转时间$t_{\rm conv}$的几周到几个月-长的数量级比以前认为的。随着白矮星自旋周期$P\ll t_{\rm conv}$，结晶驱动的发电机几乎总是在快速旋转的制度，其中磁场$B$至少是在均分与对流运动，并可能进一步增强了一个因素的$B\propto (t_{\rm conv}/P)^{1/2}$，这取决于假设的发电机标度律。我们使用MESA跟踪结晶核心的生长，并计算磁场$B(T_{\rm eff})$作为白矮星的有效温度$T_{\rm eff}$的函数。我们将这一预测与观测结果进行了比较，结果表明，结晶驱动的发电机可以解释一些-但不是全部-单个白矮星测量的$\sim$ MG磁场，以及在激变变量中测量的白矮星更强的磁场，这些磁场是由质量吸积旋转到短$P$的。我们的$B(T_{\rm eff})$曲线也可以解释在$T_{\rm eff}\approx 7500\textrm{ K}$周围有巴耳末发射线的白矮星的聚集。
2022-05-15 astro-ph.SR
Solar cycle properties described by simple convection-driven dynamos
旋转球壳中对流产生磁场的简单模型，其性质与在太阳上观察到的相似。这些模型中的Boussinesq近似假设妨碍了对太阳活动周期的真实描述，但是通过物理上激发的对差分旋转边界条件的改变，发电机波向高纬度的传播至少在低纬度可以被逆转。
2011-12-15 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The magnetic field of Betelgeuse: a local dynamo from giant convection cells?
参宿四是一颗M型超巨星，拥有复杂而延伸的大气层，其表面也有斑点和巨大的颗粒。一个可能的磁场可能会导致质量损失和外层大气的加热。我们观察参宿四，直接研究和推断其磁场的性质。我们使用新一代偏振光谱仪NARVAL和最小平方反卷积（LSD）方法来检测参宿四光球吸收线内的圆偏振。我们在参宿四的谱线中明确地探测到一个微弱的斯托克斯V信号，并在一个月内的6个不同时期测量了相关的表面平均纵向磁场B1。探测到的纵向场约为一高斯，并且在我们观测的时间尺度上明显增加。这项工作提出了第一次直接检测的磁场的参宿四。这个磁场可能与巨大的对流单体有关，这些对流单体可以使“局部发电机”成为可能。
2010-05-26 astro-ph.SR
Impacts of small-scale dynamo on rotating columnar convection in stellar convection zones
研究揭示小尺度发电机对恒星对流区旋转柱状对流的影响，通过比较HD和MHD模拟，发现SSD影响热量和角动量传输，并改变主导力平衡。
2025-09-23 astro-ph.SR
The combined effect of precession and convection on the dynamo action
为了了解地球和行星磁场的产生，我们数值研究了进动和对流对球壳发电机作用的综合影响。在低Ekman数下，研究了单独的对流、单独的旋进以及对流和旋进的组合效应，在低Ekman数下，旋进流动已经不稳定。结果表明，虽然单独的进动和对流不足以支持发电机作用，但由于进动和对流不稳定性的共振，进动和对流的联合作用可以支持发电机作用。这一结果可以解释为什么地球发电机与火星发电机相比维持了如此长的历史。
2016-08-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Numerical simulation of convection in K dwarfs
我们对一颗质量为0.7太阳质量的K矮星在太阳自转周期内的对流区进行了数值模拟。我们研究了对流模式，微分旋转和旋转流，和发电机产生的磁场。我们发现，对于这种类型的恒星，太阳自转周期代表了一个相当快的旋转和微分太阳型的情况。一个发电机产生的大尺度场出现，但它既不是偶极的，也没有显示出一个简单的活动周期。
2023-01-24 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
The subsurface-shear shaped solar $αΩ$ dynamo
我们提出了一个太阳发电机模型，它分布在对流区的大部分区域，环形磁场使通量集中在近地层。我们表明，如果在发电机区域的顶部的边界条件允许大规模的环形磁场穿透更接近表面，那么模式的模拟蝴蝶图的环形磁场在对流区的上部形成的表面旋转剪切层。该模型与观测到的太阳磁周期的性质是一致的。
2010-12-24 astro-ph.SR
Solar overshoot region and small-scale dynamo with realistic energy flux
我们进行了高分辨率的计算，太阳的超调区域与前所未有的现实参数，特别是小的能量通量相比，$ρc^3_\mathrm{s}$，其中$ρ$和$c_\mathrm{s}$是密度和声速。我们的主要目的是调查行为的过冲和小规模发电机的参数尽可能接近太阳。我们的计算表明，对流区的底部变得亚绝热，这有效地抑制了下降流。因此，我们看到从CZ到RZ的陡峭过渡，其宽度估计为局部压力标度高度的0.4%。这一结果与半解析对流/过冲模型是一致的。我们还发现，小规模发电机成为有效的较小的能量通量。突然抑制对流区底部周围的下降流，提高了小型发电机的效率。
2017-06-20 astro-ph.SR
Solar differential rotation: origin, models, and implications for dynamo
日震学表明，太阳内部的对流和差异旋转所占据的区域几乎重合。这支持了对流和旋转之间相互作用的结果的差分旋转起源的领先理论概念。这个演讲概述了差动旋转理论的现状。基于该理论的数值模型非常接近地再现了观测到的太阳自转。该模型还计算了对流区的对流，并预测对流区底部的流动与表面相比并不小。讨论了作为恒星质量和自转速率函数的恒星差分自转的理论预测，并与观测结果进行了比较。简要讨论了太阳和恒星发电机的微分自转模型的意义。
2011-10-11 astro-ph.SR
Small-scale dynamos: From idealized models to solar and stellar applications
本文综述小尺度发电机从宁静太阳观测、理想化运动学增长与非线性饱和模拟，到太阳及类太阳恒星对流发电机应用的研究进展。
2023-05-04 astro-ph.SR
Longitudinally Modulated Dynamo Action in Simulated M-Dwarf Stars
M-矮星以它们中的许多表现出的强烈的磁场活动而闻名。在具有近地表对流区的冷恒星中，这种磁活动被认为主要是由对流和它建立的大尺度差异旋转和环流的相互作用驱动的。这些流动的高度非线性性质产生了一个迷人的敏感和多样的参数空间，具有广泛的可能的动态。我们在这里报告的一组三个全球MHD模拟快速旋转的M2（0.4 $M_\odot$）星。这三个模式都建立了强对流的巢穴，这些对流在低纬度的经度上受到高度调制。它们的磁性参数略有不同，导致每个模型都有不同的发电机状态，但对流巢的影响是一个统一的特征。在每一种情况下，纵向调制对流的行动导致局部（在一种情况下，全球）的环形磁场逆转，以及形成一个活跃的经度，增强极向场振幅和磁通出现。
2022-02-06 astro-ph.SR
Magnetic dynamos powered by white dwarf superficial convection
本研究通过恒星演化计算和解析模型，发现冷却白矮星表面对流区可驱动发电机产生数千高斯磁场，该磁场在结晶核心磁场覆盖前活跃约十亿年，虽未观测到候选体，但可能显著影响白矮星吸积与地震学。
2025-07-08 astro-ph.SR
Transition from axi- to nonaxisymmetric dynamo modes in spherical convection models of solar-like stars
我们试图了解从近轴对称配置在太阳旋转速率的非轴对称配置的快速旋转，使用三维数值模拟湍流对流，并考虑1和30倍的太阳值之间的旋转速率的过渡。我们发现从轴向非轴对称的解决方案在1.8倍左右的太阳自转速率的过渡。这一转变与从反太阳到类太阳的自转变化相一致，即赤道速度更快，两极速度更慢。在类太阳旋转制度，场配置由一个轴对称振荡场伴随着一个m=1的方位角模式（两个活跃的周期），这也表明时间的变化。在慢（快）旋转，轴对称（非轴对称）模式占主导地位。轴对称模式产生具有极性反转的纬向发电机波，而非轴对称模式通常在旋转参考系中表现出漂移，并且活跃的电磁波的强度在不同半球之间随时间周期性地变化。大多数得到的发电机解决方案表现出周期性的变化，无论是由纬度或方位角发电机波。在活动周期图中，由旋转周期归一化的周期长度形成两个不同的种群，作为旋转速率或磁活动水平的函数。缓慢旋转的轴对称种群接近于观测中所谓的不活跃分支，而快速旋转的模型接近于超活跃分支，随着旋转速率的增加，周期与旋转频率之比下降。我们可以成功地再现从轴向非轴对称发电机解决方案的高旋转速率的过渡，但需要高分辨率的模拟，以限制旋转淬火对流的旋转速率超过20倍的太阳值的影响。
2018-05-07 astro-ph.SR
The origin of the helicity hemispheric sign rule reversals in the mean-field solar-type dynamo
对过去两个太阳活动周期太阳磁螺旋度代用指标的观测显示，螺旋度半球符号规则发生了逆转（北半球为负，南半球为正）。我们应用平均场太阳发电机模型来研究在太阳对流区的发电机的磁螺旋度符号的反转。磁螺旋度的演化受守恒定律控制。我们发现，小尺度磁螺旋度的符号的反转遵循发电机波在对流区内传播。因此，磁螺旋度反转的空间分布反映了大尺度磁场的产生和演化过程。在地面上，螺旋度符号反转的模式由对流区顶部的磁螺旋度边界条件决定。我们证明了发电机参数的波动和发电机周期振幅的变化对磁螺旋度符号规则的逆转的影响。结果表明，大尺度轴对称场的磁螺旋度可以作为太阳发电机的一种附加观测示踪剂。
2013-04-09 astro-ph.SR
Convective Dynamo Simulation with a Grand Minimum
评估了在模拟以太阳速度三倍旋转的类太阳恒星中实现的全球尺度发电机作用。三维MHD滞弹性球谐函数（ASH）的代码，增加了粘度最小化计划，捕捉对流和发电机过程中，这G型星。模拟是在一个球壳，包括3.8密度尺度高度的太阳能对流区。结果发现，发电机的行动与高度的时间变化发生，许多周期性的极性反转发生大约每6.2年。磁能也有规律地上升和下降。磁能量循环产生于洛伦兹力对差动旋转的反馈，而导致极性反转的过程则更为复杂，似乎是由对流与平均环向场的相互作用引起的。此外，赤道迁移的环向场被发现，这是联系在一起的变化的微分旋转，并可能到一个非线性发电机波。这个模拟也进入了一个持续大约20年的大极小期，之后发电机恢复了其正常的极性周期。
2015-03-13 astro-ph.SR
Persistent Magnetic Wreaths in a Rapidly Rotating Sun
当我们的太阳年轻时，它的自转速度比现在快得多。对年轻、快速旋转的恒星的观测表明，许多恒星都具有很强的磁活动和很强的轴对称磁场。我们进行了模拟发电机行动在快速旋转的太阳与3-D MHD滞弹性球谐（ASH）代码探索旋转，对流和磁性之间的复杂耦合。在这里，我们研究发电机的行动实现了在大部分的对流区的系统旋转在当前的太阳旋转速率的三倍。我们发现，大量有组织的全球规模的磁场实现了发电机行动在这个系统中。在对流区的中间，形成了一圈醒目的磁环，与湍流的对流共存。这是一个惊喜，因为人们普遍认为，这样的磁性结构应该被磁浮力或湍流泵浦破坏。因此，许多太阳发电机理论都认为，对流区底部的穿透和剪切速度跃层是有组织的发电机活动的关键因素，而这些模拟并不包括这种速度跃层。我们研究这些持久的磁花圈是如何维持发电机过程，并探讨是否一个经典的平均场$α$ -效应解释极向场的再生。
2010-11-12 astro-ph.SR
Oscillatory large-scale dynamos from Cartesian convection simulations
我们目前的结果，可压缩笛卡尔对流模拟和不施加剪切。在前一种情况下，发电机预计是$α^2\varOmega$类型，这通常预计与太阳有关，而后一种情况是指$α^2$发电机，这更有可能出现在更快速旋转的恒星，其差异旋转很小。我们进行了参数研究的剪切流和旋转的影响是不同的探测两种类型的发电机的相对重要性。当剪切速率与旋转速率的负比$q\equiv -S/\varOmega$在1.5和2之间时，即，当剪切和旋转强度相当时。振荡解的其他区域被发现具有小的$q$值，即，当剪切与旋转相比较弱时，以及当剪切与旋转相比非常强时，在大的负$q$ s范围内。然而，这些规则的例外情况也出现，使一个给定的比例的剪切旋转，解决方案是非振荡的小和大的剪切，但振荡的中间范围。将边界条件由垂直场改为理想导体场，发电机模式由振荡变为准稳态。此外，在许多情况下，振荡的解决方案只存在于运动制度，而在非线性阶段的平均场是平稳的。然而，有旋转和没有剪切的情况下，总是振荡的参数范围内研究和发电机模式不依赖于磁边界条件。然而，在饱和状态下的磁场的总的和大尺度分量的强度对所选择的边界条件敏感。
2013-11-18 astro-ph.SR
Magnetic flux generation and transport in cool stars
太阳和其他拥有外部对流区的冷恒星在其大气层中表现出磁活动。这种活动与产生磁通量的深层发电机的性质之间的联系还没有得到很好的理解。通过物理模型，我们研究了不同恒星参数下可观测表面场的时空特征。我们结合模型的磁通量产生，浮力不稳定性，运输，其中包括整个对流区。模型组件包括：（1）对流区底部的薄层阿尔法-欧米茄发电机;（2）浮力不稳定性和通过对流区的三维通量管的上升，这提供了对出现纬度和倾斜角的物理一致的确定;以及（3）地表的水平通量输送。对于自转周期大于10天的太阳型恒星，其表面磁通量分布忠实地反映了由深层α-ω发电机产生的纬向发电机波。然而，对于两天量级的旋转周期，上升通量环的科里奥利加速度导致表面通量出现在比对流区底部的发电机波到达的高得多的纬度。对于自转周期为两天的K 0 V恒星也有类似的结果。在快速旋转的K1亚巨星的情况下，重叠的发电机波导致高纬度地区的噪音活动周期和混合极性场。
2011-02-02 astro-ph.SR
Small-scale and large-scale dynamos in global convection simulations of solar-like stars
本文通过高分辨率全球磁对流模拟，研究类太阳恒星对流区中小尺度发电机（SSD）与大尺度发电机（LSD）的相互作用，发现SSD显著抑制较差自转和大尺度磁场强度，但不显著抑制对流流动，并揭示了小尺度磁场对角动量输运的重要影响。
2025-01-05 astro-ph.SR
Helicity Fluxes and Hemispheric Helicity Rule of Active Regions Emerging from the Convection Zone Dynamo
本研究利用三维非线性平均场太阳发电机模型，探究对流区浮现的双极磁区的螺旋度通量等参数，明确了不同演化阶段螺旋度通量的主导来源，为理解太阳活动区半球螺旋度规则提供了依据。
2025-08-01 astro-ph.SR
Energy pathways in large- and small-scale convection-driven dynamos
利用直接数值模拟方法研究了瑞利-贝纳德对流驱动的旋转平面层发电机中速度与磁场之间的能量传递途径。动能和磁能被分为平均和湍流分量，以研究与大型和小型发电机相关的生产，运输和耗散。这种基于能量平衡的表征揭示了发电机中大尺度和小尺度磁场产生的不同机制，这取决于速度场的性质和边界处施加的条件。
2022-12-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Spontaneous Formation of Surface Magnetic Structure from Large-scale Dynamo in Strongly-stratified Convection
我们报告的第一个成功的模拟自发形成的表面磁结构从一个大规模的发电机强分层热对流在笛卡尔几何。强分层模式中观测到的大尺度发电机的物理性质与弱分层模式中观测到的类似，表明产生这种发电机的机制是$α^2$型机制。除了大尺度发电机外，我们还发现，只有在强分层的情况下，对流层表面才会自发形成垂直磁场的大尺度结构。垂直磁场的组织在几十个对流翻转时间内在对流区上部进行，并在动力饱和阶段反复出现带状双极结构。我们研究了几个候选人的可能性作为起源的表面磁结构的形成，然后建议存在一个迄今未知的机制的大规模磁结构的自组织，这应该是固有的强分层对流大气。
2016-04-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Helicity--vorticity turbulent pumping of magnetic fields in the solar dynamo
太阳对流区螺旋对流运动与差异旋转的相互作用导致了大尺度磁场的湍流漂移。我们讨论了泵浦机制及其对太阳发电机的影响。
2012-11-11 astro-ph.SR
Coronal ejections from convective spherical shell dynamos
我们提出了一个三维模型的旋转对流结合一个简化的日冕球坐标系。对流区的运动产生了一个大规模的磁场，偶尔会喷射到上面的外层。我们的模型日冕是近似等温的，但它包括由于重力的密度分层。
2011-11-07 astro-ph.SR
On the problem of large-scale magnetic field generation in rotating compressible convection
平均场发电机理论表明，在旋转的导电流体层中的湍流对流产生显著的α效应，这是任何平均场发电机模型中的关键成分之一。假设这种α效应比（湍流）磁扩散更有效，这样的系统应该能够维持大规模的发电机。然而，在Cattaneo和Hughes（2006）所考虑的Boussinesq模型中，发电机产生的是小尺度的、间歇性的磁场，没有明显的大尺度分量。在本文中，我们考虑旋转对流层的可压缩模拟，这是由Cattaneo和Hughes（2006）考虑的。通过改变计算域的水平尺度，我们研究了发电机对旋转速率的依赖性。我们的模拟表明，这些湍流可压缩流可以驱动一个小尺度的发电机，但是，即使当层旋转非常快（中层泰勒数Ta=10^8），我们也没有发现在动力学时间尺度上产生显著的大尺度磁场分量的证据。像Cattaneo&Hughes（2006）一样，当在计算域上施加均匀的水平磁场时，我们测量到的α效应可以忽略不计（时间平均）。虽然在这些模拟中总水平磁通量是一个守恒量，（深度相关的）水平平均磁场总是表现出强烈的波动。如果这些波动被人为地抑制在代码中，我们测量到一个显着的平均电动势，这是在相关的计算中发现的，其中α效应是使用测试场方法测量，即使我们没有观察到大规模的发电机行动。
2013-02-28 astro-ph.SR
Breaking Taylor-Proudman balance by magnetic field in stellar convection zone
我们对恒星对流区进行了高分辨率的计算。本研究的主要目的是探讨一个小型发电机对差动旋转的影响。太阳差自转偏离了角速度沿自转轴不变的泰勒-普劳德曼状态。为了打破对流区深处的泰勒-普劳德曼状态，人们认为需要一个纬向熵梯度。在本研究中，我们发现小尺度发电机在恒星差旋偏离泰勒-普劳德曼态中有三个作用。1.抑制了角速度的剪切。这导致纬向熵梯度有效地打破泰勒-普劳德曼状态的情况。2.抑制上下流之间的湍流速度，增加了熵的扰动。3.对流速度降低。这增加了旋转对对流的影响。第二和第三个因素增加了纬向熵梯度，打破了泰勒-普劳德曼状态。我们发现，有效的小尺度发电机有显着的影响，恒星的差异旋转。
2018-06-05 astro-ph.SR
The Effect of Velocity Shear on Dynamo Action Due to Rotating Convection
最近的数值模拟发电机行动所造成的旋转对流揭示了一些严重的问题，在应用的标准图片的平均场电动力学在高值的磁雷诺数，从而强调了大规模的磁场发电机在这一制度的困难。在这里，我们考虑运动发电机过程中的旋转对流层的Boussinesq流体的附加影响的大规模水平速度剪切。剪切流的减弱增强了发电机的增长速率，并且还导致在大尺度上产生显著的磁场。通过频谱滤波技术，我们分析了主要负责发电机行动的速度模式，并表明，从全流产生的磁场依赖于速度场的尺度范围。对流体进行过滤，使剪切流和对流之间的尺度真正分离，也会导致发电机作用;然而，在这种情况下，磁场的结构与全速场产生的结构非常不同。我们还表明，发电机行动的性质是大致相似的，无论是否在没有剪切流可以支持发电机行动。
2012-11-22 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Effects of shell thickness on cross-helicity generation in convection-driven spherical dynamos
研究了旋转球壳中螺旋度和交叉螺旋度电动发电机效应对混沌热对流自持磁场产生的相对重要性，并将其作为球壳厚度的函数。发电机解决方案的两个不同的分支被发现共存于直接数值模拟壳的纵横比在0.25和0.6之间的平均场偶极制度和波动偶极制度。的特性表征共存的发电机吸引子进行了比较和对比，包括磁场和旋转热对流的时间行为和空间结构的差异。螺旋度$α$ -效应和交叉螺旋度$γ$ -效应被认为是在波动偶极发电机制度，其中它们的比例不随壳厚度显着变化的强度相媲美。与此相反，在平均场偶极发电机制度的螺旋$α$ -效果占主导地位的约两个数量级，并成为更强的壳厚度减小。
2020-12-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
The Puzzling Structure of Solar Convection: Window into the Dynamo
本文指出太阳发电机运行受深层对流结构不确定性制约，提出从极地观测获取长期日震数据并加强理论与观测结合研究以解决测量不一致问题。
2023-05-15 astro-ph.SR
Global 3D simulations of convection and dynamos in Red Giants
Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg（汉堡天文台，汉堡大学）；Institut für Sonnenphysik (KIS)（太阳物理研究所）
本研究通过三维磁流体模拟，揭示了旋转对红巨星对流、角动量输运及发电机效率的系统性影响。
2026-09-09 astro-ph.SR
Wreathes of Magnetism in Rapidly Rotating Suns
当我们的太阳年轻时，它的自转速度比现在快得多。对年轻、快速旋转的恒星的观测表明，许多恒星都具有很强的磁活动和很强的轴对称磁场。我们进行了模拟发电机行动在快速旋转的太阳与3-D MHD滞弹性球谐（ASH）代码探索旋转，对流和磁性之间的复杂耦合。在这里，我们研究发电机的行动实现了在大部分的对流区的两个系统，在目前的太阳能速率的三倍和五倍旋转。我们发现，大量有组织的全球规模的磁场实现了发电机行动在这些系统。在对流区的中间，形成了一圈醒目的磁环，与湍流的对流共存。这是一个很大的惊喜，因为许多太阳发电机理论都认为，在对流区底部的穿透和剪切的速度跃层是有组织的发电机行动的关键因素，而这些模拟不包括这样的速度跃层线。在这些快速旋转的状态中实现的一些发电机建立了持续的全球规模的场，这些场在数千天内保持振幅和极性。在五倍于太阳速率的情况下，发电机可以经历活动周期，场的强度变化，甚至改变极性。随着磁场强度的增减，对流中的主要响应涉及轴对称的微分旋转，其开始在类似的时间尺度上变化。相对快速和缓慢的流体带在大约500天的时间尺度上向两极传播。在太阳中，在扭转振荡的向极分支中观察到类似的模式，这些模式可能代表了对太阳表面深处向极传播的磁场的响应。
2009-06-12 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
Helioseismic Constraints and Paradigm Shift in Solar Dynamo
日震学为太阳发电机问题提供了重要的限制。然而，发电机过程的基本性质，甚至深度，也在其他恒星中运作，是未知的。大多数发电机模型认为，出现在表面并形成太阳黑子的环形磁场是在对流区底部附近的速跃层中产生的。然而，有一些理论和观测问题与证明深层次的发电机模型。这导致了这样的想法，地下角速度剪切可能在太阳发电机中发挥重要作用。利用日震学测量的内部旋转和纬向环流，我们研究了一个平均场MHD模型的发电机分布在大部分的对流区，但在近地层中形成。我们表明，如果在发电机区的顶部的边界条件允许大规模的环形磁场穿透到表面，那么发电机波传播沿角速度的等值面在次表层剪切层，形成的蝴蝶图与帕克-吉村规则和太阳周期的观测。与通量传输发电机模型不同，该模型不依赖于对流区底部纬向环流对磁场的传输，并且当纬向环流在半径上形成两个单元时，该模型工作良好，正如最近SDO/HMI和SOHO/MDI数据的深焦时距日震学分析所表明的那样。我们比较了新的发电机模型的各种特性，如果太阳磁周期，包括周期不对称性（Waldmeier的关系）和磁“蝴蝶”图。
2014-02-09 astro-ph.SR
High-resolution calculations of the solar global convection with the reduced speed of sound technique: I. The structure of the convection and the magnetic field without the rotation
我们进行非旋转的高分辨率计算的太阳全球对流，解决对流尺度小于10微米。为了应付低马赫数条件下，在较低的对流区，我们使用的降低声速技术（RSST），这是简单的实现，只需要本地通信的并行计算。此外，RSST允许我们将计算域向上扩展到大约$0.99 R_{\odot}$，因为它也可以处理可压缩流。利用这种方法，我们研究了全球尺度上的太阳对流区，包括小尺度的近地表对流。特别是，我们调查的对流结构上的顶部边界条件的影响，整个对流区，以及对小规模发电机行动。本文的主要结论是：1.近地面层产生的小尺度下降流在一定程度上渗透到更深层，并在$>0.9R_\odot$区域激发小尺度湍流，其中$R_\odot$是太阳半径。2.在较深的对流区（$<0.9R_\odot$）中，对流不受上边界位置的影响。3.使用LES方法，我们可以实现小规模的发电机行动，并保持在整个对流区，其中$B_\mathrm{eq}$是均分磁场的动能约$0.15-0.25 B_\mathrm{eq}$的字段。4.整体发电机效率变化显着的对流区作为一个结果的向下指向的坡印亭通量和深度变化的内在对流尺度。
2014-02-20 astro-ph.SR
Plasmoid ejections driven by dynamo action underneath a spherical surface
本文提出了一个统一的太阳对流层和高层大气的三维球几何模型。在这个模型中，磁场，产生的螺旋强制发电机在对流区，出现没有磁浮力的援助。我们使用一个等温状态方程与重力和密度分层。经常性的等离子体团喷射，通过外层大气上升，观察。此外，小尺度场的电流螺旋度向外传输，形成磁云等大结构。
2010-11-18 astro-ph.SR
Helioseismic Evidence That the Solar Dynamo Originates near the Tachocline
日震学研究发现太阳磁力发电机可能起源于湍流层，其旋转梯度表现出与表面磁场蝴蝶图相似的特征，支持深层磁力发电机的存在。
2026-01-06 astro-ph.SR
Mechanism of local dynamo action on the Sun
在平静的太阳中，磁场通常被观测为小尺度的磁性元素，“盐和胡椒”，覆盖整个太阳表面。通过使用3D辐射MHD数值模拟，我们证明了这些场是对流区顶层局部发电机作用的结果，其中极弱的“种子”磁场可以局部增长到平均均分场之上（例如，从$10^{-6}$ G“种子”场到超过1000 G的磁性结构）。我们发现，当地发电机行动只发生在一个浅，约500公里深，地下层，从产生的领域被输送到更深的层对流下沉气流。我们证明，所观察到的主导地位的垂直磁场在光球和水平场以上的光球可以解释由发电机产生的多尺度磁回路。
2013-12-03 astro-ph.SR
Diamagnetic pumping in a rotating convection zone
太阳发电机模型需要对流区底部附近的磁场集中的某种机制，以便产生具有足够大（~10^{24} Mx）磁通量的超千高斯环形场。我们认为对流区底部附近的向下反磁抽运是一种可能的浓缩机制，并推导出考虑旋转效应的抽运速度。在旋转流体中，极向场和环向场的输运速度不同。环向场只沿径向向下传输，但极向场的抽运速度也有一个向赤道的纬向分量。以前的结果的情况下，缓慢和快速旋转的复制和抗磁泵适用于发电机模型的表达式。
2016-04-27 astro-ph.SR
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
