Effects of parallel ion motion on zonal flow generation in ion-temperature-gradient mode turbulence
研究了离子温度梯度（ITG）模式湍流中平行离子运动对带状流产生的作用，重点研究了声学模式和环向度对带状流的影响。在Columbia Linear Machine（CLM）[Phys. Plasmas { \bf 13} 055905（2006）]中的实验中发现的带状流对ITG湍流的弱抑制的一个可能原因可能是由于实验中的小环形度（$ε_n = 2L_n/R$）。纬向流通常直接依赖于ITG模式以及纬向流与声学模式的耦合，因此直接受到相关参数的任何变化的影响。该模型由ITG湍流的连续性方程、温度方程和平行离子动量方程组成。用Hasegawa-Mima型方程描述纬向流的时间演化，导出了五阶纬向流频散关系。结果解释的纬向流的质量，即，增长率与实际频率之比（$Q = Ω^{IM}/Ω^{RE}$）。结果表明，随着环度的减小，纬向流的质量迅速下降。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Dissipation in PIC simulations of moderate to low \b{eta} plasma turbulence
本文用全动力学粒子模拟程序模拟了正负电子对等离子体中的衰减湍流。我们用中等到低的等离子体β进行了两次模拟。能量衰减率被发现是相似的，在这两种情况下。在这两种情况下，磁能的垂直波数谱的斜率都为k^-1.3。粒子能量分布函数表明，在等离子体β较低的情况下，非热特征的形成，斜率接近E^-1。薄湍流片在这个过程中的作用进行了研究。由E_{\parallel}加热。J_{\parallel}项支配E_{\perp}。J_{\perp}术语。强E_{\parallel}区域。J_{\parallel}在空间上与强电流片区域相关，强电流片区域也与低β模拟中的强E_{\parallel}区域相关，这表明磁重联在低β等离子体湍流耗散中起着重要作用。
2016-08-28 physics.plasm-ph
Scale invariance and critical balance in electrostatic drift-kinetic turbulence
本研究发现静电漂移动理学方程的标度不变性对称，推导湍动热通量标度规律并经数值验证，揭示临界平衡级联机制及外尺度由标度不变性破缺决定，为等离子体湍流研究提供新理论支撑。
2023-08-21 physics.plasm-ph
Energy dynamics in a simulation of LAPD turbulence
线性大等离子体装置（LAPD）漂移波湍流三维流体模拟中的能量动力学计算[W. Gekelman等人，Rev. Sci. Inst.62，2875（1991）]阐明驱动和消散湍流的过程。这些计算表明，一个非线性不稳定性占主导地位的能量注入到湍流的线性漂移波不稳定性，占主导地位时，波动的平衡是小的。非线性不稳定性使用来自背景密度梯度的自由能驱动长笛状（$k_\parallel = 0$）密度波动。通过非线性轴向波数转移到$k_\parallel \ne 0$波动，非线性不稳定性访问绝热响应，这提供了必要的能量转移通道，从密度到潜在的波动，以及相移，导致不稳定性。湍流特性的模拟结果与实验结果吻合得很好。当通过抑制$k_\parallel=0$模式人为地消除系统的非线性不稳定性时，湍流发展出与实验数据不一致的相干频谱。
2013-01-03 physics.plasm-ph
Parallel and perpendicular turbulence correlation length in the TJ-II Stellarator
长程相关测量使用两个远程往复式朗缪尔探针系统在TJ-II。通过对磁位形的扫描，研究了转动变换对关联的影响。一个简单的漂移波相关模型，假设在平行和垂直的方向上的不同的相关长度的相关指数衰减，被发现可以很好地描述在低密度的观测。在逐渐变高的密度下重复实验，并且在密度的临界值处检测到额外的相关性。根据以前的工作，这种额外的相关性归因于与约束过渡相关的纬向流。因此，总的长程相关被认为是漂移波和纬向流的贡献的总和。
2013-06-06 physics.plasm-ph
Intrinsic suppression of turbulence in linear plasma devices
等离子体湍流是线性装置和托卡马克中磁化等离子体中热量和粒子的主要输运机制，因此研究湍流对限制和控制这种输运具有重要意义。线性装置提供轴向磁场，当等离子体沿着磁场从源行进到撞击点时，该轴向磁场用于将等离子体限制在圆柱形几何形状中。由于垂直输运，等离子体密度和温度具有大致高斯的径向分布，具有驱动不稳定性的梯度，例如电阻漂移波和开尔文-亥姆霍兹。如果不稳定，这些不稳定性会导致扰动增长，导致饱和湍流，增加热量和粒子的跨场传输。当等离子体从源出现时，存在时间$τ_{\parallel}$，其基于装置的平行速度和长度描述等离子体的寿命。当等离子体沿装置向下移动时，其也根据$E\times B$和抗磁速度在方位角上移动。在这些平行和垂直的时间中有一个平衡点，它设置了稳定阈值。我们模拟等离子体的各种平行长度和磁场，分别改变平行和垂直的寿命，并发现有一个明确的饱和RMS密度扰动水平之间的相关性和这些寿命之间的平衡。当$τ_{\parallel}\approx11τ_{\perp}$ .这也与乘积$τ_{\parallel}γ_*$有关，其中$γ_*$是漂移波线性增长率，表明不稳定性必须存在大约100倍的增长时间，以使不稳定性进入非线性增长阶段。我们探索这种相关性的根源和线性器件设计的影响。
2017-06-14 physics.plasm-ph
Stabilisation of short-wavelength instabilities by parallel-to-the-field shear in long-wavelength $\mathbf{E} \times \mathbf{B}$ flows
磁化等离子体湍流可以具有多尺度特性：由平均温度梯度驱动的不稳定性在离子和电子回旋半径的不同尺度上驱动湍流。多尺度湍流的模拟，使用有效的无限尺度分离的极限方程，揭示了新的跨尺度相互作用机制，在这些等离子体。在长波长（离子回旋半径尺度）和短波长（电子回旋半径尺度）的线性不稳定性驱动远离边缘稳定的情况下，我们表明，短波长的不稳定性被抑制的相互作用与长波长的湍流。所观察到的抑制是两个效果的结果：平行于场线剪切的长波长$\mathbf{E} \times \mathbf{B}$流，和修改的背景密度梯度的长波长波动。与此相反，多尺度湍流的模拟，在两个尺度的不稳定性驱动的边缘稳定性附近表明，当长波长的湍流是足够的碰撞和zonally占主导地位的跨尺度相互作用的效果可以参数化仅在局部修改的平均密度和温度梯度。我们讨论的物理参数，定性地解释如何在平衡驱动器的变化导致所观察到的跨尺度相互作用的影响的转变。
2020-07-07 physics.plasm-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
Self-organization and symmetry-breaking in two-dimensional plasma turbulence
本文在磁流体力学的框架内研究了二维磁化等离子体的自发自组织，特别强调了由约束边界形状引起的磁致破缺。这是量化的角动量，这被证明是快速和自发地产生的初始条件下，只要没有角动量的几何形状缺乏轴对称。通过考虑圆形、正方形和椭圆形边界来说明这种效果。结果表明，在非轴对称的几何形状的角动量的产生可以通过增加磁压力增强。雷诺数越大，这种影响越强。先前在低雷诺数下观察到的磁角动量（或角场）的产生在较大雷诺数下变得较弱。
2010-09-13 physics.plasm-ph
On the parallel spectrum in MHD Turbulence
磁流体湍流的各向异性已被广泛研究多年，最突出的是在太阳风和高分辨率模拟测量。观察到平行于局部磁场的光谱比垂直光谱更陡，通常为$k^{-2}$，与广泛接受的Goldreich-Sridhar（1995）模型一致。在这封信中，我深入研究了平行和垂直谱之间关系的本质，并认为这种$k^{-2}$标度与强流体动力学湍流中拉格朗日频谱的$ω^{-2}$标度具有相同的起源。这是因为阿尔文波沿着磁场线传播。现在已经很清楚，观察到的各向异性可以在不调用“临界平衡”参数的情况下进行论证，并且比以前认为的更可靠。平行谱（拉格朗日谱）和垂直谱（欧拉谱）之间的关系是阿尔芬波强湍流的必然结果，而不是基于测不准关系的猜想。我测试了这一点，使用高分辨率的模拟MHD湍流，特别是我验证了截止的平行频谱尺度作为柯尔莫哥洛夫时间尺度，而不是长度尺度。
2015-02-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Gyrokinetic continuum simulation of turbulence in a straight open-field-line plasma
本文采用全$f$间断Galerkin程序Gkeyll对直场线结构中的静电等离子体湍流进行了3D2V连续回旋动力学模拟。这些模拟包括聚变装置刮除层的基本要素：模拟从堆芯流出的等离子体的局部源、交叉场湍流输运、沿磁场线的平行流，以及在限制器或偏滤器处的平行损失和鞘模型边界条件。模型中使用的鞘层边界条件允许电流流过壁。除了详细的数值方法，结果从湍流的数值模拟的大型等离子体装置（LAPD），具有直磁场线的线性装置，提出。
2017-02-10 physics.plasm-ph
Anisotropy in Quasi-Static Magnetohydrodynamic Turbulence
本文综述了准静态磁流体动力学湍流的研究现状。能量谱比Kolmogorov的$k^{-5/3}$谱陡峭，这是由于焦耳耗散导致动能通量随波数$k$而减小。光谱指数随相互作用参数的增大而减小。流动是准二维的，在小$k$处具有强${\bf U}_\perp$，在大$k$处具有弱$U_\parallel$，其中${\bf U}_\perp$和$U_\parallel$是相对于外部磁场的垂直和平行速度分量。对于小的$k$，${\bf U}_\perp$的能通量是负的，但是对于大的$k$，$U_\parallel$的能通量是正的。压力介导从${\bf U}_\perp$到$U_\parallel$的能量转移。
2017-09-11 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Two-Fluid Description of Wave-Particle Interactions in Strong Buneman Turbulence
为了理解磁重联中异常电阻率的本质，我们研究了无力电流片中等离子体不稳定于Buneman不稳定性时，磁重联引起的动量输运和能量耗散.利用三维粒子模拟方法，我们发现Buneman不稳定性中波粒相互作用产生的宏观效应可以近似地用一组电子流体方程描述。我们发现，无论是能量耗散和沿电流在电流层的动量输运是局部准静态的，但全球动态和不可逆的。湍流阻力耗散了电流片的流动能量和相关的磁能。流动能量的净损失转化为平行于磁场的电子分量热传导，并增加电子玻尔兹曼熵。自维持的布尼曼波的增长满足一个Bernoulli方程，该方程涉及的湍流诱导的对流动量输运和热动量输运。电子俘获和释放驱动局部动量输运，而相混合将对流动量转化为热动量。在异常加热过程中，阻力起着微观-宏观联系的作用。磁场的减小维持了使电子再加速的感应电场，但是大部分磁能被耗散并转换成垂直于磁场的电子的分量热。这个加热过程是解耦的加热电流片中的布尼曼不稳定性。离子加热很弱，但离子在协助波和电子之间的能量交换方面起着重要作用。冷离子流体方程与电子流体方程一起构成了描述布尼曼不稳定性的发生、增长、饱和和衰减的完整方程组。
2014-05-28 physics.plasm-ph
Impurity transport in plasma edge turbulence
研究了少数组分/杂质在二维漂移波湍流和三维环形漂移Alfven边缘湍流中的湍流输运。垂直和-在3D -平行平流的全部效果保留的杂质物种。反常的箍缩效应被恢复，并用湍流等分带（TEP）解释
2004-10-14 physics.plasm-ph
Time-Dependent Perpendicular Transport of Energetic Particles for Different Turbulence Configurations and Parallel Transport Models
最近提出了高能粒子在平均磁场中输运的新理论。与其他非线性理论相比，新方法的优点是它提供了一个完整的时间依赖的描述的运输。此外，扩散近似不再是该理论的一部分。本文的目的是将这种新方法与时间相关的模型相结合，用于并行传输和不同的湍流配置，以探索参数制度，我们得到弹道输运，复合子扩散，和正常的马尔可夫扩散。
2017-08-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electromagnetic theory of turbulent acceleration of parallel flow and momentum conservation
等离子体物理中的内禀流动是一个长期存在的难题，因为很难理解它的起源而不与传统智慧中的动量守恒相矛盾。证明了在总磁场线压力梯度驱动下，电磁湍流加速作为内禀平行流产生的候选项，与动量守恒不矛盾。对应于轴对称的守恒量是两种离子所携带的总回旋中心平行正则动量或包括离子回旋中心运动动量和电磁场动量的总回旋中心平行动量，而不是离子运动动量，甚至不是离子平行流。给出了包含离子粒子运动动量和电磁场动量的总平行动量守恒方程。
2017-01-05 physics.plasm-ph
Ion Heat and Parallel Momentum Transport by Stochastic Magnetic Fields and Turbulence
本文提出了随机磁场与湍流相互作用的平行动量和离子热的湍流输运理论。注意力集中在确定动应力和压缩能通量。一个关键参数被确定为湍流散射率的比率的平行声色散。当参数较大时，动应力表现为粘性应力.当参数较小时，准线性残余应力得到恢复。实际上，粘性应力是相应的形式，并且准线性极限是不可观测的。这是本文的主要预测。一个简单的物理图片开发和显示恢复的详细分析的结果。
2021-11-05 nucl-th physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The Parallel Boundary Condition for Turbulence Simulations in Low Magnetic Shear Devices
仿星器和托卡马克中等离子体湍流的通量管模拟通常采用与磁场线对准的坐标。各向异性湍流波动可以表示在这样的场对齐坐标非常有效，但由此产生的非平凡的边界条件涉及所有三个空间方向，必须小心处理。边界条件的标准“扭曲-位移”公式[Beer，Cowley，Hammett \textit{Phys. Plasmas} \textbf{2}，2687（1995）]是假设轴对称导出的，并且被广泛使用，因为它是有效的，只要全局磁剪切不太小。给出了该公式的推广，适用于非轴对称、仿星器对称配置以及具有小全局剪切的轴对称配置的研究。其核心思想是用积分局部剪切代替标准方法中的“扭曲”（只考虑整体剪切）。这种泛化允许在每个方向上选择模拟域的范围时有更大的自由度，而不会失去场线跟踪坐标的自然效率。它还纠正了与天真的应用程序的轴对称边界条件的非轴对称配置的错误。采用广义边界条件的仿星器湍流的模拟需要比使用（不正确的，轴对称的）边界条件的模拟少得多的分辨率。我们还证明了令人惊讶的结果，（至少在某些情况下）一个容易实现的，但显然是不正确的制定的边界条件不{ \it不}改变重要的预测量，如湍流热通量。
2018-03-28 physics.plasm-ph
Gyrokinetic simulations on zonal flow-turbulence spreading coupling
Seoul National University（首尔大学）；Korea Institute of Fusion Energy（韩国聚变能源研究所）
研究通过非线性gyrokinetic模拟揭示湍流扩散如何将zonal flow径向传播，扩展至线性稳定区域，并基于toroidal等离子体动量定理解释湍流驱动的涡旋输运与垂直动量生成的直接关系。
2026-04-22 physics.plasm-ph
Anisotropic scaling of magnetohydrodynamic turbulence
我们提出了一个定量估计的各向异性功率和缩放的磁场波动的惯性范围磁流体动力学湍流，使用一种新的小波技术应用于航天器测量的太阳风。我们第一次表明，当当地的磁场方向是平行的流动，航天器框架的频谱有一个频谱指数接近2。这可以被解释为具有$k_{\parallel}^{-2}$谱的场平行波数中的波动群体的特征，但也与“临界平衡”式湍流级联的存在相一致。我们还发现，与以前的研究一样，大部分的功率包含在波矢中，与当地磁场成大角度，并且湍流的这一分量具有5/3的光谱指数。
2008-07-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Reduction of compressibility and parallel transfer by Landau damping in turbulent magnetized plasmas
采用线性Landau阻尼和有限Larmor半径（FLR）修正的FLR-Landau流体模型，对磁化等离子体中的衰减湍流进行了三维数值模拟。结果表明，与可压缩Hall-MHD的模拟相比，线性朗道阻尼是负责显着的磁声波阻尼，这是一致的线性动力学理论。当β参数不太小时，流体的可压缩性和沿环境磁场的平行能量级联也被显著抑制。与Hall-MHD相比，FLR-Landau流体模型可以正确地描述无碰撞等离子体（如太阳风）中的湍流，从而解释其几乎不可压缩的行为。
2011-09-12 physics.plasm-ph
Free energy sources in current sheets formed in collisionless plasma turbulence
宏观能量无碰撞耗散为热是空间和天体物理等离子体的一个未解决的问题，例如，太阳风和地球的磁鞘。考虑中最可行的过程是宏观能量到动力学尺度的级联，其中无碰撞等离子体过程耗散能量。空间观测和数值模拟表明，在湍流等离子体中动力学尺度电流片的形成。这些CS中的不稳定性可以提供无碰撞耗散并影响湍流。物理量的空间梯度和非麦克斯韦速度分布函数为CS等离子体不稳定性提供了自由能源。为了确定由等离子体密度和电子/离子体速度的空间梯度在CS中形成的无碰撞湍流等离子体与外部磁场$\mathbf{B}_0$提供的自由能量源，我们进行了二维PIC混合模拟和解释的模拟模型的限制内的结果。我们发现，在无碰撞湍流等离子体中，离子尺度的CS主要是由电子剪切流形成的，即，CS内部的电子体积速度远大于离子体积速度，而通过CS的密度变化相对较小（$<$ 10%）。电子体速度和因此片内的电流密度主要平行于$\mathbf{B}_0$。垂直的电子和离子体速度的剪切产生平行的电子和离子流涡旋。在CS内部，平行电子流涡度超过平行离子流涡度，在CS中心附近改变符号，并在CS边缘附近达到峰值。在CS形成期间，CS附近出现离子温度各向异性。它与平行的离子流和电子流涡度呈正相关。理论估计支持模拟结果。
2021-08-05 physics.plasm-ph
Nonlinear instability in simulations of Large Plasma Device turbulence
大型等离子体装置（LAPD）中湍流的几种模拟[W. Gekelman等人，Rev. Sci. Inst.62，2875（1991）]进行了能量分析，并相互比较，并与实验。模拟使用相同的模型，但不同的轴向边界条件。他们采用周期性，零值，零导数，或鞘轴向边界。的线性稳定性物理是不同的场景之间，因为各种边界条件允许漂移波不稳定性访问不同的轴向结构，鞘边界模拟包含一个导电壁模式的不稳定性，这是一样不稳定的漂移波。尽管如此，所有模拟中的湍流是相对相似的，因为它主要是由一个强大的非线性不稳定性，这是相同的所有情况下。非线性不稳定性优先驱动$k_\parallel = 0$势能波动，然后三波耦合到$k_\parallel \ne 0$势能波动，以便获得绝热响应，将其能量转换为动能波动。湍流自组织驱动这种非线性不稳定性，破坏线性本征模结构，使线性不稳定性无效。
2013-05-15 physics.plasm-ph
Dependence of Momentum Transport on the Dominant Turbulence Regime in the DIII-D Tokamak
Columbia University Fusion Research Center（哥伦比亚大学聚变研究中心）；Max Planck Institute for Plasma Physics（马普等离子体物理研究所）；General Atomics（通用原子能公司）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；VTT（芬兰技术研究中心）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究DIII-D托卡马克中从ITG到TEM主导湍流转变时的湍流核心动量传输，应用特定框架经傅里叶分析分离相关贡献，通过多种计算证实转变，发现残余应力在低扭矩等离子体核心旋转预测中起重要作用，应纳入预测模型。
2026-07-20 physics.plasm-ph
The momentum flux probability distribution function for ion-temperature-gradient turbulence
有压倒性的证据表明，相干结构在确定各种系统的整体传输中起着关键作用。我们计算的概率分布函数（PDF）的尾巴的动量通量和热通量的离子温度梯度湍流，考虑到modons之间的相互作用，这被假定为相干结构负责突发性和间歇性的事件，有助于PDF的尾巴。动量通量$R = < v_x v_y>$的PDF的尾部被证明是指数形式的$\exp{\{-ξR^{3/2}\}}$，这是比高斯更广泛的，类似于在以前的本地研究中发现的。对于热通量的PDF尾部，找到了具有相同函数依赖性的类似表达式。此外，我们提出了一个详细的数值研究的PDF尾部的温度和密度标度长度和其他物理参数的依赖关系，通过系数$ξ$。
2009-01-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Modeling of plasma turbulence and transport in the Large Plasma Device
大型等离子体装置（LAPD）中的等离子体湍流的数值模拟[Gekelman等人，Rev. Sci.仪器：62，2875，1991]。模型采用BOUT程序[M. Umansky等人，Contrib. Plasma Phys.180，887（2009）]包括用于等离子体密度、电子平行动量和电流连续性的3-D碰撞流体方程，并且还包括离子-中性碰撞的效应。在非线性模拟中，使用测得的LAPD密度分布，但为了简单起见，假设恒定的温度分布，不稳定性和非线性产生的带状流的自洽演变的结果在饱和湍流状态。这些模拟与LAPD等离子体中的测量结果的比较，揭示了良好的定性和合理的定量协议，特别是在频谱，空间相关性和密度波动的幅度概率分布函数。为了与LAPD测量结果进行比较，模拟中的等离子体密度分布可以通过在每个时间步长上直接进行方位平均来保持，也可以通过添加粒子源/汇函数来保持。推断的源/汇值与估计的电离源和LAPD的平行损失是一致的。这些模拟奠定了基础，更全面的努力来测试流体湍流模拟对LAPD数据。
2011-01-27 physics.plasm-ph
Quasi-isotropic cascade in MHD turbulence with mean field
本文提出了一个在大尺度强磁场作用下不可压缩磁流体力学湍流的唯象理论，它建立了强、弱磁流体力学湍流各向异性模型之间的联系。我们认为，在垂直于平均场的平面内，Iroshnikov-Kraichnan各向同性级联自然发展，而在垂直级联的触发下，可以发展出振幅较弱的平行级联。具有由准谐振条件产生的减小的通量。所得到的能谱$E(k_\parallel,k_\bot)$在所有方向上具有相同的斜率。惯性范围在平行和垂直方向上的范围之间的比率等于$b_{rms}/B_0$。这些性质与最近的三维MHD模拟中发现的各向同性强迫相匹配[R。格拉平和W.- C. Müller，Phys. Rev. E \textbf{82}，26406（2010）]。
2012-09-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Angular Momentum Transport by Keplerian Turbulence in Liquid Metals
我们报告了一个实验室研究的传输角动量的湍流的导电流体限制在一个薄盘。当施加到液态金属的电磁力足够大时，角动量的相应体积注入产生以时间平均开普勒旋转速率$\barΩ\sim r^{-3/2}$为特征的湍流。两个本地角动量输运的贡献被确定：一个从极向回流引起的边界的存在下，和其他从湍流波动的散装。后者产生独立于流体分子粘度的有效角动量输运，并导致Kraichnan的预测$\text{Nu}_Ω\propto\sqrt{\text{Ta}}$。因此，在这个所谓的极限状态下，实验提供了一种类似于吸积盘的结构，可以预测开普勒湍流引起的吸积率。
2022-06-28 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The effect of turbulence on the angular momentum of the solar wind
本文利用雷诺平均平均场磁流体动力学理论、湍流输运模拟和Parker Solar Probe观测，量化了湍流对太阳风角动量的修正约为3%-10%且倾向为负，并讨论了其对太阳和恒星自转演化的意义。
2025-05-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generation of momentum transport in weakly turbulent $β$-plane magnetohydrodynamics
本文对具有面内平均场的$β$平面上的磁流体动力学（MHD）湍流进行了解析和计算研究。我们首先推导出两个有用的分析约束：我们表示的平均湍流交叉螺旋度的平均湍流磁能，然后表明（弱湍流）的时间平均动量输运系统中可以表示的交叉螺旋度谱。然后，我们完成了封闭的系统使用弱湍流理论，适当地扩展到一个系统与多个相互作用的本征模。我们使用这个封闭的Rossby参数$β$的最低阶的光谱微扰解决，从而表明，在系统中的动量输运是$O(β^2)$，从而量化的过渡远离阿尔文湍流。最后，我们验证了我们的理论结果进行直接数值模拟系统在广泛的$β$。
2022-12-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Alfven Wave Collisions, The Fundamental Building Block of Plasma Turbulence I: Asymptotic Solution
反向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用是天体物理等离子体湍流中能量向小尺度级联的物理机制。从不可压磁流体力学方程组出发，在弱非线性极限下导出了这些阿尔芬波碰撞非线性演化的渐近解析解。由此产生的定性图片的非线性能量转移，由于这种机制涉及两个步骤：第一，主要的反向传播阿尔芬波相互作用，产生一个固有的非线性，纯磁性的二次波动，没有平行的变化;第二，两个主要的波每个相互作用，这个二次波动转移能量secularly两个三级阿尔芬波。这些第三模式是线性阿尔芬波与相同的平行波数的主要波，表明缺乏一个平行的级联。由于共振四波相互作用的相干性质，这些三次模式的振幅随时间线性增加，负责非线性能量转移。讨论了这种解析解对天体物理等离子体湍流的影响。这里提出的解决方案提供了有价值的直觉磁化等离子体湍流的非线性相互作用的基础上，在实验室中验证天体物理等离子体湍流的基本组成部分的性质的实验计划的支持。
2013-06-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Evolution of plasma turbulence excited with particle beams
从太阳喷射出来的粒子穿过周围的太阳风等离子体，造成了不稳定性。这些在一定的频率范围内产生波模，特别是在激波区域内，粒子被加速。本文的目的是研究驱动不可压磁流体动力学湍流中的放大Alfvenic波模。从各向同性和各向异性等离子体，以及湍流附近的临界平衡不同的日光层的情况下的结果。放大波模的能量输运受波数空间中能量的扩散、对流和耗散机制支配。这些效应的强度随所讨论的模式的能量和波数而变化。球k-空间积分，允许详细了解平行和垂直发展的二维能谱。通过驱动注入的能量的演变显示出强烈的能量转移到垂直波模。平行波模的主要过程是能量在波数空间中的耗散。观察到沿平行波数轴产生高次谐波。我们在模拟中找到了临界平衡的证据。
2012-09-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Anisotropic Intermittency of Magnetohydrodynamic Turbulence
利用STEREO航天器在快速环境太阳风中的测量结果，对惯性范围磁流体动力学湍流的空间各向异性进行了高阶多尺度分析。我们第一次表明，当测量平行于本地磁场方向，完整的统计签名的磁场和Elsässer场波动是一个非高斯的全球尺度不变的过程。这不同于当局部磁场垂直于流动方向时观察到的经典多指数统计。这些意见被解释为一个平行的磁流体湍流能量级联的弱点，或缺乏的证据。因此，这些结果提出了强有力的观测约束湍流等离子体中的不稳定性的统计性质。
2013-11-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Role of Parallel Solenoidal Electric Field on Energy Conversion in 2.5D Decaying Turbulence with a Guide Magnetic Field
我们进行2.5维粒子在细胞中的衰减湍流的存在下，一个指导（平面外）的背景磁场模拟。波动的磁场最初由低波数（长波长）的傅立叶模式组成。随着时间的推移，电磁能以电流密度${\pp J}$和电场${\pp E}$的每单位体积${\pp J}\cdot{\pp E}$的速率转化为等离子体动能（整体流+热能）。众所周知，这种衰减的湍流会朝着具有强间歇等离子体电流的状态发展。这里我们将电场分解为无旋分量${\pp E}_{\rm ir}$和螺线管（无发散）分量${\pp E}_{\rm so}$。${\pp E}_{\rm ir}$与电荷分离有关，而${\pp J}\cdot{\pp E}_{\rm ir}$是离子和电子之间的能量转移速率，等离子体动能的净变化很小。因此，电磁能到等离子体动能的净转换率强烈地由${\pp J}\cdot{\pp E}_{\rm so}$主导，并且对于强引导磁场，这主要涉及平行于总磁场${\pp B}$的分量${\pp E}_{\rm so,\parallel}$。我们检查各种指标的空间分布的能量转移率{ \bf J $_\parallel\cdot$ E $_{so,\parallel}$ }，这涉及到磁重联，其中最好的是1）的比例的面外电场的面内磁场，2）的面外分量的非理想电场，和3）的大小的估计电流螺旋度。
2021-10-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Energetic Particle Perpendicular Diffusion: Simulations and Theory in Noisy Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence
高能带电粒子的传输（例如，宇宙射线）在湍流磁场中的扩散通常以平行于和垂直于大尺度（或平均）磁场的扩散来表征。非线性引导中心理论（NLGC）是一种重要的垂直扩散理论。这个理论的最新版本，基于随机弹道传播的磁场线和回溯校正（RBD/BC），已显示出良好的协议与测试粒子模拟的两个组件的磁湍流模型。本研究的目的是测试的改进理论的一般性，通过将其应用到噪声减少磁流体动力学（NRMHD）湍流模型，确定垂直扩散系数，比较那些从磁力线随机游走（FLRW）和统一的非线性（UNLT）理论和我们的测试粒子模拟。合成NRMHD湍流模型为高能粒子传输创造了特殊条件，在较高的平行波数下没有磁波动，因此如果粒子Larmor半径$R_{\rm L}$甚至略小于最小共振尺度，则没有共振平行散射。这导致平行平均自由程$λ_\parallel$与$R_{\rm L}$的非单调变化。在所考虑的理论中，只有RBD/BC在所考虑的参数范围内在两个因素内匹配模拟。即使理论依赖于$λ_\parallel$，并且对$R_{\rm L}$没有明确的依赖性，也可以获得这种精度。此外，UNLT理论通常提供准确的结果，甚至FLRW极限在许多情况下也提供了非常简单和合理的近似。
2022-05-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Fully Kinetic Simulation of 3D Kinetic Alfven Turbulence
我们目前的结果从一个三维的粒子在细胞模拟等离子体湍流，类似的等离子体条件下发现的动力学尺度的太阳风。在亚离子范围内的湍流的光谱特性是一致的动力学Alfven波的理论预期。此外，我们计算的局部各向异性，定义的关系$k_{\parallel}(k_{\perp})$，其中$k_{\parallel}$是一个特征波数沿本地平均磁场在垂直尺度$l_{\perp}\sim 1/k_{\perp}$。亚离子射程各向异性与$k_{\parallel}<k_{\perp}$的尺度相关，线性与非线性时间尺度之比为1阶，表明动力学级联接近临界平衡状态。我们的研究结果与一些\emph{in situ}太阳风观测结果相比，并证明了-从第一性原理-等离子体湍流模型的可行性，该模型基于一个临界平衡的级联动力学Alfven波。
2018-03-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Energization in Quasi-Parallel Shocks: Test-Particle-Electrons in a Proton Driven Turbulence
通过卫星飞行任务可以在地球弓形激波处对高能粒子进行现场观测，长期以来，人们一直认为电子在准垂直激波几何形状中最有效地加速。然而，被认为是宇宙射线电子产生的原因的冲击，以及来自超新星遗迹等来源的辐射，比地球的弓形冲击更强大，更大。他们对土星弓形激波的远程观测和现场测量表明，电子在准平行激波中也被非常有效地加速。在本文中，我们调查的可能性，加速到高能量的质子产生足够的波湍流，这是必要的电子预热和随后的注射到扩散冲击加速在准平行冲击几何。一个额外的测试粒子电子人口，这意味着是一个低密度除了电子核心分布上的混合模拟操作，被引入。我们研究这些电子是如何被激励的混合电磁场。空间维数的减少使我们能够显着增加每个数值单元的宏离子的数量，并实现测试电子的速度分布的收敛结果。我们讨论了电子预热机制，这可以使一个显着的一部分热电子访问的离子驱动的混合模拟中观察到的波。我们发现，由离子提供的前驱波场有相当大的潜力，预热电子之前，他们被冲击在次冲击。
2020-08-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Novel aspects of cosmic ray diffusion in synthetic magnetic turbulence
通过数值模拟研究了具有不同性质的合成磁湍流中带电粒子的扩散运动，该数值模拟具有前所未有的动力学范围，这使我们能够确保湍流谱的惯性范围和长波长部分都得到适当的描述。这是特别重要的，在评估以前的建议，平行和垂直的扩散系数不同，在其能量依赖性，断言与许多索赔的普遍性的$D_{\perp}$和$D_{\parallel}$作为粒子能量的函数。讨论了有无有序磁场的情况。数值模拟的结果进行了比较与可用的理论模型，板，板/2D和各向同性湍流。我们发现了普遍存在的证据，证明普适性被打破了，并且$D_{\perp}/D_{\parallel}$的比值并不独立于能量。深入讨论了这一发现对宇宙射线传输物理学的影响。
2020-11-23 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Strong magnetohydrodynamic turbulence with cross helicity
磁流体力学（MHD）提供了最简单的描述磁等离子体湍流在各种天体物理和实验室系统。具有非零交叉螺旋度的MHD湍流通常被称为不平衡的，因为它意味着平行和反平行于背景场传播的阿尔文波动的能量不相等。最近的分析和数值研究表明，在每一个尺度上，MHD湍流由正负交叉螺旋度区域组成，表明这种湍流本质上是局部不平衡的。本文给出了稳态不可压MHD湍流的高分辨率数值模拟结果。有人认为，沿相反方向运动的涨落能谱（E^+和E^-）的惯性范围标度与交叉螺旋度的大小无关。当交叉螺旋度不为零时，E^+和E^-保持相同的标度，但振幅不同，这取决于交叉螺旋度的大小。
2010-04-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
MMS Observations of Kinetic Alfvén Wave Turbulence and Steep Kinetic-Range Spectra in the Outer Plasma Sheet Boundary Layer
Sikkim University（锡金大学）；Netaji Subhas University of Technology（内塔吉·苏巴斯技术大学）
MMS观测到外等离子体层边界层中KAW湍流及陡峭动能范围谱，揭示了碰撞less耗散机制。
2026-08-21 astro-ph.EP physics.plasm-ph
Kinetic Simulations of Imbalanced Turbulence in a Relativistic Plasma: Net Flow and Particle Acceleration
湍流高能天体物理系统通常具有不对称的能量注入：例如，阿尔芬波从吸积盘传播到其日冕。这样的系统是“不平衡的”：与大尺度磁场平行和反平行的能通量是不相等的。在过去，不平衡湍流的数值研究主要集中在磁流体力学制度。在本研究中，我们使用三维粒子池（PIC）模拟研究了无碰撞、超相对论热、磁化对等离子体中的外部驱动不平衡湍流。我们发现，注入的电磁动量有效地转换成等离子体动量，导致净运动沿背景磁场的速度高达光速的一个显着的分数。这一发现对吸积盘风的发射具有重要意义。我们还发现，虽然在不平衡湍流中的粒子加速比在平衡湍流中的时间尺度更慢，但它最终会产生类似于平衡湍流的幂律能量分布。我们的研究结果对黑洞吸积盘日冕、风和喷流都有影响。
2021-12-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Unified treatment of mean-field dynamo and angular-momentum transport in magnetorotational instability-driven turbulence
本文通过直接统计模拟建立统一平均场模型，同时处理MRI驱动湍流中的大尺度发电机与角动量输运，揭示旋转-剪切-电流效应和旋转-剪切-涡量效应分别产生径向和垂直磁场，并给出相关输运系数的显式形式。
2023-11-14 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Anisotropy of Solar Wind Turbulence between Ion and Electron Scales
在快速太阳风，离子和电子陀螺标之间的湍流的各向异性，直接观察使用多航天器分析技术。二阶结构函数的计算在不同的角度的本地磁场，垂直和平行于平均场的磁起伏。在这两个分量中，与场S_perp成大角度的结构函数值大于小角度S_par：在垂直分量中S_perp/S_par = 5 +- 1，在平行分量中S_perp/S_par > 3，意味着空间各向异性波动，k_perp > k_par。垂直分量的光谱指数在大角度下为-2.6，在小角度下为-3，与临界平衡哨声和动力学阿尔芬波的预测基本一致。然而，对于平行分量，它比-1.9浅，这比动力学Alfven波级联的预测陡得多。
2010-06-27 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence in the terrestrial magnetosheath: space-time correlation using the Magnetospheric Multiscale mission
University of Delaware（特拉华大学）
本研究基于MMS任务观测数据，分析地球磁鞘磁场涨落的时空关联，首次观测到空间湍流传播子，揭示了磁鞘湍流的各向异性特征与去相关机制，为相关理论和数值模型提供关键约束。
2025-11-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Intermittent, Reflection-Driven, Strong Imbalanced MHD Turbulence
本文提出考虑间歇性和阿尔芬波反射的强不平衡MHD湍流唯象模型，其谱斜率和标度指数预测与帕克太阳探测器观测吻合，并揭示反射驱动间歇性会增强小尺度平行波数，从而可能增加太阳风和日冕中的离子回旋加热。
2025-02-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Unappreciated cross-helicity effects in plasma physics: Anti-diffusion effects in dynamo and momentum transport
利用多尺度重整化微扰展开分析方法，研究了磁流体湍流中的交叉螺旋度（速度-磁场关联）效应对磁场感应和动量输运的影响。该理论的轮廓是参照速度和磁场之间的交叉相互作用的响应函数的作用。在这个公式中，湍流通量的表达式：湍流电动势（EMF）的平均感应方程和雷诺应力和湍流麦克斯韦应力的动量方程。与电动势的表达式相关，讨论了发电机中交叉螺旋度效应以及其他发电机效应的物理起源。为了理解湍流交叉螺旋度的实际作用，考虑了它的输运方程。通过实例讨论了交叉螺旋度的几种产生机制。在交叉螺旋度产生机制的基础上，讨论了交叉螺旋度在恒星发电机中的作用。交叉螺旋度的动量输送和全球流动的产生中的作用进行了论证。回顾了快速重联中湍流效应的特征，特别强调了交叉螺旋度在有效电阻率局部化中的作用。最后，一个注释是解决的方法，阐明了结构的生成和维持在非常强的湍流。需要一个适当的反扩散效应公式，它与通常的扩散效应相反。与传统的启发式模型相比，基于这种解析公式的湍流模型方法也被认为是。自洽框架处理的平均场和湍流之间的非线性相互作用的重要性，以及强调。
2023-03-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
A detailed survey of the parallel mean free path of solar energetic particle protons and electrons
本文通过一维SEP传输模型反演十多个太阳高能粒子事件中质子和电子的平行平均自由程，并与基于观测湍流量的理论估计对比，发现质子吻合良好且逐事件变化源于背景湍流自然变化，电子结果对湍流耗散区细节高度敏感。
2024-06-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Isotropization and Evolution of Energy-Containing Eddies in Solar Wind Turbulence: Parker Solar Probe, Helios 1, ACE, WIND, and Voyager 1
我们检查径向演变的相关长度垂直（\(λ_C^{\perp}\)）和平行（\(λ_C^{\parallel}\)）的磁场方向，计算从太阳风磁场数据测量帕克太阳探测器（PSP）在其前八个轨道，太阳神1号，先进的成分探测器（ACE），风，和旅行者1号航天器。相关长度按间隔的排列角度分组;磁场和太阳风速度矢量之间的角度（\(Θ_{\rm BV}\)）。平行和垂直角通道分别对应于角度\(0^{\circ}~<~Θ_{\rm BV}~<~40^{\circ}\)和\(50^{\circ}~<~Θ_{\rm BV}~<~90^{\circ}\)。我们观测到内日球层在0.40~au范围内存在各向异性，而\(λ_C^{\parallel} / λ_C^{\perp} \approx 0.75\)在0.10~au范围内存在各向异性。这种各向异性随着日心距的增大而减小，相关长度在1~au范围内大致各向同性。ACE和WIND的结果支持各向异性的反转，例如\(λ_C^{\parallel} /λ_C^{\perp} \approx 1.29\)在1~au。该比率在1~au之后似乎没有显著变化，尽管Voyager数据集中的少量平行间隔排除了得出明确结论的可能性。这项研究提供了见解的径向演变的大，最有活力的相互作用的湍流波动在日光层。我们还强调跟踪采样方向的变化，在PSP测量的航天器接近太阳时，使用这些数据来研…
2022-05-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Observational quantification of three-dimensional anisotropies and scalings of space plasma turbulence at kinetic scales
利用磁鞘中MMS的五年观测资料，对空间等离子体湍流的谱各向异性进行了统计研究。通过测量磁场的五点二阶结构函数，我们首次在亚离子尺度（$<$ 100 km）上对三维各向异性和标度进行了量化。在相对于局部平均磁场$\boldsymbol {B}_0$定义的局部参考系$(\hat L_{\perp}, \hat l_{\perp}, \hat l_{\parallel})$中（Chen等人，2012），发现“统计涡流”主要沿$\boldsymbol {B}_0$伸长，并在垂直于$\boldsymbol {B}_0$和局部场波动的方向缩短。从几个$d_i$（离子惯性长度）到$\sim$ 0.05 $d_i$，涡的平行长度与垂直长度之比呈现先升后降的趋势，而垂直面内的各向异性呈现尺度不变的特征。具体地，在0.1-1.0 $d_i$处的总磁场的各向异性关系分别被获得为$l_{\parallel} \simeq 2.44 \cdot l_{\perp}^{0.71}$和$L_{\perp} \simeq 1.58 \cdot l_{\perp}^{1.08}$。我们的研究结果提供了新的观测证据与唯象模型和数值模拟，这可能有助于更好地理解动力学尺度湍流的本质。
2020-06-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
