Zonal Flows and Electromagnetic Drift Wave Turbulence
三维，全球一致的通量管几何形状的托卡马克边缘湍流的详细计算显示抑制的标准方案中，由湍流产生的纬向ExB流应导致运输障碍的形成。通过与平板几何形状的比较和能量分析发现，纬向流能量通过测地曲率与压力的环形耦合而耗尽。边缘输运势垒则取决于新古典平衡的物理性质。
2002-08-06 physics.plasm-ph
Solitary zonal structures in subcritical drift waves: a minimum model
最近，孤立的带状结构已被确定在亚临界漂移波（DW）湍流与背景剪切流的陀螺动力学模拟。然而，这些结构的性质还没有被完全理解。在这里，我们表明，类似的结构，可以在一个简化的模型，补充修改后的长谷川-Mima方程与通用的主要不稳定性和背景剪切流。我们还发现，这些结构可以在修改后的长谷川-若谷方程，其中包括作为限制的简化模型定性再现。特别是，我们说明，在这两种情况下，孤立的带状结构近似满足相同的“状态方程”，这是一个本地的关系连接DW信封的带状流速度。由于这种普遍性，我们的简化模型可以被认为是一个最小的模型，在亚临界DWs孤立的带状结构。
2020-03-10 physics.plasm-ph
Zonal Jet Creation from Secondary Instability of Drift Waves for Plasma Edge Turbulence
提出了一种新的策略来解释在等离子体边缘湍流中广泛观察到的带状流的产生和持续。磁聚变托卡马克边缘区的堆芯物理可以用单态修正的长谷川-美玛（MHM）模型来定性描述，与我们熟悉的Charney-Hasegawa-Mima（CHM）模型相比，该模型能产生更强的纬向流和更多的物理相关特征。通过与背景基态的非线性相互作用，从二次不稳定性分析中揭示了纬向急流的产生机制。在MHM模型中，由于非纬向漂移波基态的存在，纬向模中的强指数增长被诱导，而纬向流基态则表现出稳定阻尼效应。与耗散的选择性衰减效应一起，二次不稳定性提供了一个完整的表征过程的收敛到纯粹的纬向结构。直接数值模拟和无耗散进行确认的不稳定性理论。它清楚地表明，一个占主导地位的纬向流的出现，从纯非纬向漂移波与小扰动的初始配置。相比之下，CHM模型不会在带状模式中产生不稳定性，并且通常收敛于均匀湍流。
2019-01-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Drift wave-zonal flow dynamics
在湍流中，一个显著的现象是自发出现空间尺度的大尺度带状射流。这种现象的地球物理学例子包括木星带状风和地球的极锋喷流。在这项工作中，一个全面的理论射流与湍流的相互作用，随机结构稳定性理论，适用于理解的带状射流的形成和维护的问题，是至关重要的，以提高等离子体约束在聚变装置。
2009-08-07 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Anisotropy and intermittency in drift-wave turbulence with zonal flows: a two-dimensional continuous wavelet analysis
Institute of Materials and Systems for Sustainability, Nagoya University（名古屋大学材料系统可持续研究所）；Institut de Mathématiques de Marseille (I2M), Aix-Marseille Université, CNRS（马赛数学研究所（I2M），艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心）；National Institute for Fusion Science（国立核聚变科学研究所）
研究带状流漂移波湍流中小尺度下的各向异性和空间间歇性，采用二维方向连续小波变换，应用于修正长谷川-若谷模型涡度场，得出二阶矩在垂直带状流方向增强、空间间歇性在沿带状流方向更显著的结论。
2026-07-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Zonal flow generation and its feedback on turbulence production in drift wave turbulence
对不同模型和绝热性参数C值的长谷川-若谷方程描述的等离子体湍流进行数值模拟。结果发现，对于低的C值湍流仍然是各向同性的，纬向流不会产生，也没有抑制的纬向漂移波和粒子输运。对于高值的C，湍流发展到高度各向异性的状态，主要贡献的纬向部门的动能。这种各向异性的流动导致减少的湍流产生的双曲扇区，并限制了粒子输送的平均等密度面。这种行为允许考虑Hasegawa-Wakatani方程的最小PDE模型，其中包含的漂移波/带状流反馈回路原型的LH过渡等离子体设备。
2012-12-21 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Effects of plasma nonuniformity on zero frequency zonal structure generation by drift Alfven wave instabilities in toroidal plasmas
本文利用非线性回旋动理学理论推导了ZFZS与DAW相互作用的控制方程和非线性色散关系，研究了等离子体非均匀性对带状结构激发的影响，并指出KBM激发带状流的条件对等离子体参数敏感。
2024-08-01 physics.plasm-ph
Excitation of zonal flow by the modulational instability in electron temperature gradient driven turbulence
在电子温度梯度（ETG）驱动的湍流模型中，研究了小尺度静电漂移波产生大尺度纬向流的问题。其产生机制是基于有限振幅单色漂移波的调制不稳定性。得到了纬向流不稳定的临界值、增长率和最佳空间尺度。
2007-03-05 physics.plasm-ph
Radial Spreading of Drift Wave-Zonal Flow Turbulence via Soliton Formation
在平板模式中研究了漂移波径向包络和纬向流振幅的自洽时空演化。耦合偏微分方程在一个简单的极限下的稳态解产生DW-ZF孤子结构的形成，它的传播速度取决于包络峰的振幅。由于线性增长/阻尼、耗散、平衡不均匀性和孤子动力学的影响，还可以观察到其他有趣的物理现象，例如孤子的产生、破坏、碰撞和反射以及湍流爆发。孤子的传播导致DW湍流的显著径向扩展，因此可以通过加宽湍流区域来影响输运随系统尺寸的缩放。还阐明了本分析与环形几何中DW-ZF相互作用描述的对应关系[2，3]。
2009-02-21 physics.plasm-ph
Wave kinetics of drift-wave turbulence and zonal flows beyond the ray approximation
非均匀漂移波湍流可以建模为一个有效的等离子体，漂移波作为量子粒子和带状流速度作为一个集体场，通过它们相互作用。这种有效等离子体可以由Wigner-Moyal方程（WME）描述，该方程将准线性波动力学方程（WKE）推广到全波状态，即，解析波长标度。与明显由类量子方程控制的波不同，其WME可以从量子力学中借用，并且是众所周知的，漂移波的哈密顿量与传统量子粒子的哈密顿量非常不同。这导致了通常不会被WKE捕获的不寻常的相空间动态。我们演示了如何正确地模拟这种动态与WME。具体而言，我们报告的带状流形成（zonostrophic不稳定），恶化（三级不稳定），和所谓的捕食者-猎物振荡的全波相空间模拟。我们还展示了如何WME有利于分析这些现象，即：（一）我们表明，全波效应严重影响的纬向不稳定，特别是它的非线性阶段和饱和度;（二）我们得出的第三不稳定增长率;（三）我们表明，保留全波效应，捕食者-猎物振荡不需要带状流碰撞阻尼，与以前的研究相反。我们还展示了如何著名的瑞利-郭准则，这一直失踪的漂移波湍流的波动力学理论，出现从WME。
2018-05-29 physics.plasm-ph
Wave-kinetic approach to zonal-flow dynamics: recent advances
漂移波湍流和纬向流的基本物理学一直在波动动力学理论的框架内进行研究。最近，这一框架已被重新审查，从第一原则，这导致了更准确的，但仍然易于处理的“改进”波动力学方程。特别是，这些方程揭示了一个重要的影响的带状流的“曲率”（二阶径向导数的流速）的漂移波和带状流的动力学和稳定性。我们概述了这些最近的研究结果，并提出了一个统一的高层次的图片（主要是准线性）的带状流物理减少模型的漂移波湍流。
2021-03-16 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the structure of the drifton phase space and its relation to the Rayleigh--Kuo criterion of the zonal-flow stability
本文用推广的长谷川-三马无碰撞等离子体模型研究了纬向流存在下漂移子（漂移波量子）的相空间。该相空间通过对Parker [J. Plasma Phys. $\textbf{82}$，95820602（2016）]和Ruiz $\textit{et al.}$ [Phys. Plasmas $\textbf{23}$，122304（2016）]最近提出的漂移射线方程的校正而变得复杂。与传统的漂移子动力学的几何光学（GO）模型相反，漂移子不仅可以被捕获或通过，而且可以在空间上积累，同时经历动量的无限增长。特别是，它被发现，瑞利-郭阈值已知从地球物理学对应的制度时，这种“失控”的轨迹是唯一可能的。一方面，这种分析有助于可视化的发展的纬向不稳定，特别是它的非线性阶段，这是研究在这里分析和通过波动力学模拟。另一方面，GO理论预测，纬向流以上的瑞利-郭阈值只能增长，因此，恶化的激烈纬向流不能被捕获在GO模型。特别是，这意味着所谓的三级不稳定性的强烈纬向流不能充分描述内的准线性波动力学方程，相反，一些以前的研究。
2018-08-10 physics.geo-ph physics.plasm-ph
Generalized Action Invariants for Drift Waves-Zonal Flow Systems
广义作用不变量被确定为各种模型的漂移波湍流的平均剪切流的存在。结果表明，描述小尺度湍流和大尺度剪切流相互作用的波动方程可以很自然地用这些不变量表示。不同于波的能量，这是保守的小规模和大规模的组件的总和，广义的动作不变量示出对应于一个量，这是保守的小规模组件单独。这个不变量可以用来构造正则变量，导致波作用的不同定义（与没有剪切流的情况相比）。有人建议，这些新的典型的作用变量形成一个自然的基础上的漂移波湍流的平均剪切流的描述。
1999-10-13 physics.plasm-ph
Dynamics of Fully Nonlinear Drift Wave-Zonal Flow Turbulence System in Plasmas
本文对非均匀磁等离子体中的完全非线性漂移波带流（DW-ZF）湍流系统进行了数值模拟。在我们的模型中，漂移波（DW）动力学是伪三维（伪3D）和帐户之间的自相互作用有限振幅DW和他们的耦合到二维（2D）大振幅纬向流（ZF）。在伪3D DW的雷诺应力的存在下，2D ZF的动力学由驱动欧拉方程支配。完全非线性耦合DW-ZF方程的数值模拟表明，短尺度DW湍流导致非线性饱和偶极涡，而ZF集自发地，并由单极涡结构占主导地位。发现ZFs抑制了交叉场湍流粒子输运。目前的研究结果提供了一个更好的模型，了解共存的短期和大规模的相干结构，以及相关的制服交叉场粒子输运磁约束聚变等离子体。
2009-10-15 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Drift wave soliton formation via forced-driven zonal flow and implication on plasma confinement
本文提出漂移波通过强迫驱动带状流自调节的回旋动理学理论，发现抗磁漂移频率非均匀性主导带状流产生，数值求解非线性薛定谔方程表明漂移波包络孤子可形成并导致湍流扩展，但受波包转向点限制。
2024-02-12 physics.plasm-ph
Nonlinear Simulation of Drift Wave Turbulence
在一个二维版本的修改后的长谷川若谷（HW）模型，它描述了静电电阻漂移波湍流，涡度和密度之间的电阻耦合不作用于纬向分量（$k_{y}=0$）。因此，有必要修改HW模型，以适当地处理纬向分量。修正后的方程数值求解，可视化和分析的解决方案显示稳定的带状流的产生，通过转换的湍流动能，以及随之而来的湍流和运输抑制。通过比较表明，修正是产生纬向流的必要条件。
2007-03-30 physics.plasm-ph
Bifurcation in electrostatic resistive drift wave turbulence
Hasegawa-Wakatani方程，通过近似平行电子运动的物理学耦合等离子体密度和静电势，是描述电阻漂移波湍流的简单模型。我们提出了数值分析的分岔现象的模型，提供了新的见解之间的相互作用的托卡马克等离子体边缘区域的湍流和带状流动。模拟结果表明，在初始瞬态后，漂移波湍流通过纬向流产生被抑制的制度。作为一个参数控制的湍流强度进行调整，这种纬向流为主的状态迅速被破坏，并重新出现的湍流为主的状态。过渡解释的Kelvin-Helmholtz稳定性的纬向流。这是电阻漂移波系统中湍流开始上移的第一次观察，这类似于由离子温度梯度驱动的湍流中的众所周知的迪米特移位。
2007-08-31 physics.plasm-ph
The life-cycle of drift-wave turbulence driven by small scale instability
我们从理论上和数值上证明了由小尺度不稳定性驱动的等离子体湍流的理想模型中LH跃迁的带状流/漂移波反馈机制。纬向流是由主不稳定性直接驱动的模式的次级调制不稳定性产生的。然后，带状流抑制小尺度，从而阻止能量注入系统，这一过程可以用非局部波湍流理论来描述。最后，逮捕的能量输入的结果饱和的纬向流的水平，可以从理论上估计和系统达到平稳没有阻尼的大尺度。
2010-12-16 nlin.CD physics.plasm-ph
Saturation of magnetised plasma turbulence by propagating zonal flows
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
研究发现环形次模通过非线性作用调控托卡马克等离子体中的强离子尺度湍流，推导出湍流热通量和环形湍流幅值的标度律。
2026-03-10 physics.plasm-ph
Drift wave solitons and zonal flows: implication on staircase formation
本文利用非线性回旋动理学理论统一分析漂移波与带状流的自发激发和拍频驱动，阐明孤子与微势垒协同形成ExB阶梯的第一性原理机制。
2024-08-12 physics.plasm-ph
Impact of Resonant Magnetic Perturbations on Zonal Modes, Drift-Wave Turbulence and the L-H Transition Threshold
本文在电阻漂移波湍流的框架下研究了共振磁扰动对湍流、流动和约束的影响。这项工作的动机，部分，在国际原子能机构2010年会议上报告的实验[Y。Xu { \it等人}，Nucl. Fusion \textbf{51}，062030]，其显示在RMP应用期间长程相关性降低。本文导出并应用了一个耦合漂移波带模系统的零维捕食模型[M。Leconte和P.H. Diamond，Phys. Plasmas \textbf{19}，055903]中的方法来计算平均量的演化。该模型以密度梯度驱动和RMP振幅作为控制参数，预测了在RMP存在下的一种新型输运分岔。该模型允许描述完整的L-H转变与RMP的演变，包括平均剪切流的演变。主要成果如下：i）L-I和I-H功率阈值\emph{both}随着RMP幅度$|\bx|$而增加，L-I阈值的相对增加按$ΔP_{\rm LI} \propto |\bx|^2 ν_*^{-2} \gyro^{-2}$缩放，其中$ν_*$是边缘碰撞性，而$\gyro$是声音回转半径。ii）预测RMP以\emph{decrease}前向转变与后向转变之间的滞后。iii）考虑到平均密度演变，与没有RMP的参考情况相比，由粒子源维持的密度分布具有增加的湍流扩散，这为\emph{density pump-out}效应提供了一种可能的解释。
2013-02-04 physics.plasm-ph
Resonant and Ponderomotive Pumping of Zonal Flows by Turbulence, Alfvén Eigenmodes, and Radiofrequency Waves
Princeton University（普林斯顿大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
本文利用振荡中心理论推导出任意涨落场驱动带状流的统一公式，简洁且普适，并连接了阿尔芬本征模与射频波驱动的极向流物理。
2026-09-30 physics.plasm-ph
Turbulent relaxation patterns in SOL plasma
数值研究了SOL条件下漂移波和交换不稳定性对局部过密度弛豫的影响，发现交换不稳定性产生弹道向外径向通量，而漂移波不稳定性产生对称通量，两者结合时漂移波占优，导致较弱向外通量和较大带状流模式。
2024-06-05 physics.plasm-ph
The role of magnetic shear for zonal flow generation
本文用流体描述方法研究了磁剪切对离子温度梯度（ITG-）和电子俘获（TE-）模式湍流产生纬向流的作用。研究了磁剪切作用下带状流增长率的标度，并与典型托卡马克参数值下的线性增长率进行了比较。结果表明，在负磁剪切区，特别是TE模湍流驱动的ZF区，获得了较大的ZF水平。TE模驱动的纬向流的强磁剪切标度源于电子磁漂移的反弹平均。
2009-01-14 physics.plasm-ph
Zonal-flow dynamics from a phase-space perspective
描述漂移波湍流的波动动力学方程广泛应用于漂移波湍流产生的纬向流的研究。然而，该公式忽略了DW和ZF之间的拟能交换，并且也忽略了超出几何光学极限的影响。我们推导出一个修改后的理论，考虑到这两个影响，同时仍然治疗DW量子（“漂移”）作为粒子在相空间。漂移子动力学由Wigner-Moyal型方程描述，这在量子力学的相空间公式中是公知的。在几何光学极限中，该公式具有传统WKE中缺失的额外项，这些项确保系统的总拟能的精确守恒，除了总能量之外，总能量是基于WKE的先前理论中唯一的守恒不变量。数值模拟来说明这些额外的条款的重要性。所提出的配方可以被认为是相空间表示的二阶累积量展开，或CE 2。
2016-12-19 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Wave kinetic equation for inhomogeneous drift-wave turbulence beyond the quasilinear approximation
从非均匀漂移波（DW）湍流的带状流的形成，经常使用准线性近似内导出的统计理论来描述。然而，这种近似忽略了波-波碰撞。因此，一些重要的影响，如Batchelor-Kraichnan逆能量级联没有捕获在这种方法。在这里，我们推导出一个波的动力学方程，其中包括DW碰撞运营商在纬向流的存在。我们的推导利用外尔演算，拟正态统计封闭，和几何光学近似。所得到的模型保持了系统的总涡度拟能和能量。导出的DW碰撞算子在Rayleigh-Kuo阈值处失效。这个阈值是错过了湍流理论，但预计从全波准线性分析。在未来，这个理论可能有助于更好地理解漂移波和纬向流之间的相互作用，包括文献中常用的准线性近似的有效域。
2019-01-08 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Anisotropic Inverse Cascade toward Zonal Flow in Magnetically Confined Plasmas
我们提出了一种新的机制，磁约束等离子体中产生的带状流，补充以前的理论的基础上调制不稳定性。我们推导出一个新的守恒定律，在弱非线性动力学制度，并表明它有助于集中到纬向流的湍流漂移波能量的逆级联。在不稳定性计算中通常假设的动力学尺度分离的情况下，这种机制继续运作。
2011-06-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Zonal flow generation in collisionless trapped electron mode turbulence
本文用解析方法研究了无碰撞俘获电子模（TEM）湍流中带状流的产生。TEM湍流的简化模型是基于反应漂移波的先进流体模型。导出了带状流生长速率的解析表达式，并与线性TEM生长进行了比较，并对典型托卡马克参数值进行了等离子体参数定标。
2009-01-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On Zero Frequency Zonal Flow and Second Harmonic Generation by Finite Amplitude Energetic Particle Induced Geodesic Acoustic Mode
利用非线性回旋动力学理论研究了有限振幅高能粒子感生测地声学模（EGAM）的非线性自相互作用。结果表明，有限振幅EGAM可以驱动零频纬向流（ZFZF）和二次谐波，高能粒子（EPs）通过有限轨道宽度效应在非线性耦合中起主导作用.对于ZFZF，EPs对EGAM非线性自耦合的影响占主导地位的热等离子体也存在，而二次谐波产生只能通过有限振幅耦合通过EPs。我们的研究结果可能会提高稳定纬向模式的理解，因此，漂移波湍流。
2017-03-05 physics.plasm-ph
Finite Larmor radius effects on non-diffusive tracer transport in a zonal flow
在一个简化的混沌输运模型的背景下，研究了有限拉莫尔半径（FLR）对具有漂移波的典型纬向流中非扩散输运的影响。该模型由线性化的长谷川-三马方程的漂移波和垂直于密度梯度的纬向剪切流的叠加组成。高频FLR效应被纳入陀螺平均ExB速度。在密度梯度的方向上的运输是可以忽略不计的，因此，我们专注于运输平行于纬向流。规定的不对称性产生粒子位移的强不对称非高斯PDF，其中Lévy飞行在一个方向上，而不是另一个方向。对于零拉莫尔半径，过渡观察到的颗粒位移的二阶矩的标度。然而，FLR效应似乎消除了这种转变。捕获和飞行事件的PDF显示出明显的证据，代数标度与衰减指数取决于拉莫尔半径的值。粒子位移的PDF的形状和时空自相似的反常标度准确地再现了一个中性的，不对称的有效分数扩散模型。
2008-07-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Theory of zonal flow growth and propagation in toroidal geometry
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
本文提出了一种环形几何中非线性zonal流增长的理论，揭示了环形二次模的非线性支撑机制及其与其它二次模的联系。
2026-03-10 physics.plasm-ph
Theory of the tertiary instability and the Dimits shift from reduced drift-wave models
静电漂移波湍流中的三次模位于纬向速度$U(x)$相对于径向坐标$x$的极值附近。我们认为，这些模式可以被描述为量子谐振子与复杂的频率，所以它们的频谱可以很容易地计算。相应的增长率$γ_{\rm TI}$内的修改长谷川-若谷模型推导。我们发现，$γ_{\rm TI}$等于主要的不稳定性增长率加上一个长期依赖于本地$U''$，因此，不稳定性阈值移动相比，在均匀湍流。这提供了一个通用的解释，众所周知的，但难以捉摸的迪米特转变，我们发现明确的特里-霍顿限制。线性不稳定的三次模式饱和，由于分区密度的演变或产生径向传播的结构时，剪切$|U'|$是充分削弱的粘度。当这种结构不断产生时，迪米特政权就结束了。
2019-12-11 physics.plasm-ph
Zonally dominated dynamics and Dimits threshold in curvature-driven ITG turbulence
利用二维长波流体模型研究了由离子温度梯度不稳定性驱动的湍流饱和状态，该模型描述了在具有恒定曲率（$Z$ -箍缩）和平衡温度梯度的磁场中扰动的静电势和扰动的离子温度.数值模拟揭示了一个定义良好的过渡有限振幅饱和状态为主的强带状流和带状温度扰动，和爆破状态，未能饱和的盒子独立的规模。我们认为，这种转变是相当于迪米特过渡从低运输到高运输状态中看到的gyrokinetic数值模拟。一个准静态的阶梯状结构的温度梯度交织的纬向流，其中有块式恒定剪切，出现附近的迪米特阈值。湍流热通量在低碰撞性近边缘状态为主的湍流爆发，触发的相干长寿命的结构非常相似的陀螺模拟与施加平衡流剪切。低传输Dimits制度的打破与系统中两个不同的极向动量源之间的竞争有关-雷诺应力和由$\boldsymbol{E}\times\boldsymbol{B}$流引起的反磁流平流。通过对线性ITG模的分析，得到了大碰撞度下Dimits阈值的半解析模型。
2020-07-16 physics.plasm-ph
The Maintenance of Coherent Vortex Topology by Lagrangian Chaos in Drift-Rossby Wave Turbulence
提出“位涡桶队接力”机制，通过随机拉格朗日表示和近可积性，解释并验证了非均匀混合如何增强磁约束聚变等离子体等系统中涡旋结构的韧性。
2024-06-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Predator-prey model for the self-organisation of stochastic oscillators in dual populations
提出了一类具有随机振子的捕食-食饵对偶种群模型。一个线性交叉耦合的两个人口之间的介绍以下的威尔伯福斯摆在两个维度的运动之间的耦合：一个在纵向和其他在扭转平原。假设在每个种群中，各阶段之间存在仓本型竞争。因此，整个系统的同步状态由这两种类型的竞争控制。数值模拟的结果表明，通过加入线性交叉耦合作用，两种群之间出现了捕食者-食饵振荡，从而通过两种群之间的同步转移实现了系统的自调节.该模型代表了磁约束等离子体中漂移波和纬向流湍流之间动力学相互作用的几个重要特征，并讨论了利用随机振子同步对漂移波-纬向流湍流耦合动力学的一种新的解释。
2016-01-04 nlin.AO physics.plasm-ph
AE-driven Zonal Modes Produce Transport Barriers and Heat Thermal Ions by Cross-Scale Interactions
本文提出TAE-带状模-湍流跨尺度相互作用理论，解释输运垒形成并预言阿尔法粒子加热热离子的新机制。
2025-02-28 physics.plasm-ph
Theory of the tertiary instability and the Dimits shift within a scalar model
迪米特位移是磁化等离子体中漂移波初级不稳定性的阈值与湍流输运的实际开始之间的位移。它通常归因于纬向流对湍流的抑制，但要发展更详细的理解，需要考虑特定的简化模型。St-Onge [J. Plasma Phys. $\boldsymbol{\rm 83}$，905830504（2017）]提出了改进的Terry-Horton系统，作为捕获Dimits位移的极小模型。在这里，我们使用这个模型来开发的迪米特移动的分析理论和相关的理论的第三次不稳定的纬向流。我们发现，三次模的纬向速度$U(x)$，其中$x$是径向坐标的极值附近的本地化。通过近似$U(x)$与抛物线，我们得到的第三不稳定性的增长率使用两种不同的方法，并表明，第三不稳定性基本上是由本地$U''$修改的主要漂移波不稳定性。然后，根据$U''$，三级不稳定性可以被抑制或释放。前者对应于当纬向流足够强以抑制湍流（Dimits区域）时的情况，而后者对应于当纬向流不稳定并且湍流发展时的情况。这种理解不同于传统的湍流由流动剪切$U'$控制的范例。我们的分析预测与直接数值模拟的修改后的特里-霍顿系统。
2020-09-01 physics.plasm-ph
Saturation of fishbone instability by self-generated zonal flows in tokamak plasmas
本研究通过回旋动力学模拟揭示DIII-D中自生带状流主导鱼骨不稳定性非线性饱和，并定量解释实验观测，同时预测ITER中鱼骨导致的高能粒子再分布较弱。
2024-01-22 physics.plasm-ph
Nonlinear spectral back transfer limits the temporal coherency of zonal modes
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
本文研究了非线性频谱反向转移如何限制zonal模的时域相干性，通过gyrokinetic GENE模拟发现反向转移事件导致zonal剪切的随机相位和幅度散射，从而限制其自相干时间，并指出非线性频谱反向转移是关键的非线性阻尼机制。
2026-10-22 physics.plasm-ph
Trajectory trapping and the evolution of drift turbulence beyond the quasilinear stage
湍流磁化等离子体的测试模式进行了研究，考虑到离子捕获的特点，在背景湍流的E × B漂移。我们发现，陷阱提供了形成大尺度的潜在结构（逆级联）在漂移湍流中观察到的物理机制。结合势与反磁速度的运动的捕获确定了在相反方向上的离子流，这降低了生长速率并最终抑制了漂移模式。它还确定了过渡的带状流动模式与压缩性的影响，由于偏振漂移的背景湍流。
2012-09-10 physics.plasm-ph
Comparison of local and global gyrokinetic calculations of collisionless zonal flow damping in quasi-symmetric stellarators
本文在准对称仿星器中比较了磁通管、磁通面和全体积三种几何下的纬向流无碰撞阻尼计算，揭示了局部计算在中等径向波数下可准确再现全体积残余，但小径向波数时振荡与阻尼时间尺度偏长。
2021-03-13 physics.plasm-ph
Statistical analysis of Hasegawa - Wakatani turbulence
电阻漂移波湍流是一个多用途的范例，可用于了解在聚变装置的边缘输运。长谷川-若谷模型捕捉了漂移湍流的基本物理学，同时保留了对该过程进行定性理解所需的简单性。我们提供了一个理论解释的数值生成的概率密度函数（PDF）的间歇性事件在长谷川若谷湍流与强制均分的能量在大尺度的带状流和小尺度漂移湍流。我们发现，在很宽的范围内的绝热指数值的随机分量代表的小尺度湍流漩涡的流动，从ARIMA模型，表现出超扩散统计，符合间歇性运输。大事件的PDF（高于一个标准差）很好地近似于拉普拉斯分布，而小事件通常表现出高斯特性。此外，还存在一个强烈的影响，例如，通过剪切，然后粘性耗散保持一个亚扩散特性的通量的纬向流。
2017-06-09 physics.plasm-ph
Role of Magnetic Field in the Redistribution of Turbulence from Large-Scale Structures to Small-Scale Fluctuations
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究通过实验探讨了增强磁场对线性等离子体装置中湍流特性的影响，发现磁场增强会抑制环状流动并增加平均流动，同时通过频谱分析发现能量从低频向高频重新分布，可能由于雷诺应力的减少而削弱环状流动生成的驱动力，揭示了磁场在漂移波湍流中重新分布频谱能量的作用。
2026-05-17 physics.plasm-ph
Nonlinear saturation and oscillations of collisionless zonal flows
在均匀漂移波（DW）湍流中，可以通过调制不稳定性（MI）产生带状流（ZF），该调制不稳定性单调饱和或导致ZF能量在非线性阶段的振荡。这种动力学通常被认为是由ZF碰撞阻尼引起的捕食者-被捕食者振荡;然而，在无碰撞ZF中也观察到类似的动力学，在这种情况下，必须涉及不同的机制。在这里，我们提出了一个半解析理论，解释准线性长谷川-三马模型内的振荡和无碰撞的ZFs的饱和之间的过渡。通过分析DW量子（漂移子）在几何光学（GO）近似下的相空间轨迹，我们认为控制这种转变的参数是$N\simγ_{\rm MI}/ω_{\rm DW}$，其中$γ_{\rm MI}$是MI增长率，$ω_{\rm DW}$是DW的线性频率。我们认为，在$N\ll1$，ZF振荡由于存在所谓的通过漂移轨迹，我们推导出一个近似公式的ZF振幅作为时间的函数，在这个制度。我们还表明，在$N\gtrsim1$，通过轨迹消失和ZF单调饱和，这可以归因于高阶边带的相位混合。还提出了一个修改的$N$，占超过GO限制的影响。这些分析结果进行了测试对准线性和完全非线性模拟。它们也解释了Connaughton $\textit{et al}$早期的数值结果。[J. Fluid Mech. $\textbf{654}$，207（2010）]和Gallagher $\textit{et al}$。[Phys. Plasmas $\textbf{19…
2019-02-13 physics.flu-dyn physics.geo-ph physics.plasm-ph
Neural operator transformers capture bifurcating drift wave turbulence in fusion plasma simulations
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Columbia University（哥伦比亚大学）
神经运算符转换器通过模拟环形流介导的漂移波湍流分叉，高效捕捉多尺度等离子体湍流动态。
2026-03-05 physics.plasm-ph
On Nonlocal Energy Transfer via Zonal Flow in the Dimits Shift
二维Terry-Horton方程表现出迪米特移位时，适当修改，以捕捉两个非线性增强的带状/漂移波相互作用和剩余Rosenbluth-Hinton状态的存在。这种现象持续通过方程的许多简化，包括准线性近似以及四模式截断。它示出，使用适当的绝热电子响应，其中电子不受通量平均电位的影响，结果在$\boldsymbol{E}\boldsymbol{\times}\boldsymbol{B}$的非线性，可以有效地转移能量nonlocally长度尺度上的顺序的声音半径。的非线性系统的位移的大小进行了计算，并发现是在良好的协议与数值解。这个系统的迪米特位移的存在，然后被理解为不稳定的主要模式，有效地耦合到稳定的模式在较小的尺度的能力，和位移结束时，这些稳定的模式最终不稳定的密度梯度增加。这种能量转移的非局部机制被认为是普遍重要的，即使是在物理上更完整的系统。
2017-08-28 physics.plasm-ph
Drift Wave versus Interchange Turbulence in Tokamak Geometry: Linear versus Nonlinear Mode Structure
本文通过三维托卡马克通量管的计算，研究了一般E-cross-B漂移湍流中漂移波与交换物理的竞争。对于一组给定的背景尺度，参数空间可以覆盖的等离子体β和漂移波碰撞。在足够大的等离子体β湍流爆发成理想的气球模式和饱和，只有通过耗尽自由能的背景压力梯度。在高碰撞，它发现一个更渐进的过渡到电阻气球。在中等β和碰撞，它保留漂移波的字符，定性相同的简单的二维板模型。其根本原因是非线性涡度平流，通过这种非线性涡度平流，自持漂移波湍流取代了线性不稳定性，在线性不稳定性增长之前将它们分散开，从而将其自身的物理特性强加于动力学。这种涡度平流催化梯度驱动，而饱和仅通过压力扰动的湍流混合发生。这种情况持续在整个托卡马克边缘参数空间。本文讨论了简化的等温模型和完全的温离子模型。
2002-07-31 physics.plasm-ph
Dimits shift, avalanche-like bursts, and Solitary propagating structures in the two-field Flux-Balanced Hasegawa-Wakatani model for plasma edge turbulence
我们表明，最近引入的双场通量平衡长谷川-若谷（BHW）模型捕捉了在更完整和准确的陀螺动力学模拟中观察到的纬向流介导的漂移波湍流传输的关键特征，例如漂移波湍流驱动传输阈值的非线性上移，通常称为Dimits移位，以及具有雪崩爆发和孤立传播结构的非局部输运。由于在BHW模型中所作的近似，这些观测是针对粒子通量而不是热通量进行的，而热通量更常见于在流体或回旋动力学代码中的离子温度梯度（ITG）驱动的湍流中进行研究。这些特征中的许多在其他长谷川-若谷模型中是看不到的，这证实了平行于磁场线的电子动力学的关键作用。为了解决漂移波纬向流动力学的边界条件的作用的问题，我们将我们的模型应用到通道域的几何形状和更典型的双周期几何形状。我们只观察到强烈的孤子般的解决方案中的粒子通量的通道几何形状，在边界附近，在那里产生强烈的速度剪切和密度梯度，这是不存在的双周期模拟。更改模拟域的纵横比也会产生显著影响。在径向拉长的区域中，发生了更复杂的多尺度动力学，多个纬向喷流相互作用，以及大规模的雪崩。
2020-06-18 physics.plasm-ph
Parallel and perpendicular turbulence correlation length in the TJ-II Stellarator
长程相关测量使用两个远程往复式朗缪尔探针系统在TJ-II。通过对磁位形的扫描，研究了转动变换对关联的影响。一个简单的漂移波相关模型，假设在平行和垂直的方向上的不同的相关长度的相关指数衰减，被发现可以很好地描述在低密度的观测。在逐渐变高的密度下重复实验，并且在密度的临界值处检测到额外的相关性。根据以前的工作，这种额外的相关性归因于与约束过渡相关的纬向流。因此，总的长程相关被认为是漂移波和纬向流的贡献的总和。
2013-06-06 physics.plasm-ph
Effective Mass in Rosenbluth-Hinton type zonal flows
在轴对称托卡马克中，初始径向电场$E_r(0)$会引起测地声模（GAM）振荡。GAMs Landau阻尼，导致更小的最终残余电场$E_r(\infty)$和伴随的平行带状流（Rosenbluth和Hinton，1998 PRL 80，724，以下称为RH）。这种现象表现出一个大的有效质量（惯性由于流动），与增强的顺序众所周知的RH因素。在明显的矛盾，在RH平行带状流的最终角动量是远远小于角动量预期从众所周知的快速进动的捕获粒子人口在最终的电场。此外，基于快速捕获粒子（TP）进动天真地计算的有效质量远大于RH因子。漂移动力学计算表明，额外的质量因子的数学起源是一个移动，成比例的$E_r$，通常的能量坐标在相空间中。重要的是，即使系统在$E_r$中线性化，这种偏移也有助于有效质量，并且可以解释为雅可比矩阵中的一阶线性偏移。此外，雅可比移位恢复大TP进动流，也揭示了反向循环粒子流的存在，最低阶，是相等的和相反的TP进动。给出了详细的计算结果。由DOE支持的工作。
2016-02-13 physics.plasm-ph
The intermittent excitation of geodesic acoustic mode by nonlinear Instanton of electron drift wave envelope in L-mode discharge near tokamak edge
在纬向流存在下，漂移波包络的演化有两个不同的阶段。一个长寿命的驻波相，我们称之为Caviton，和一个短寿命的行波相（在径向方向），我们称之为Instanton。对于由离子温度梯度模式（ITG）驱动的漂移波湍流，这两个阶段的动力学在[Zhang Y Z，Liu Z Y，Xie T，Mahajan S M and Liu J 2017 Physics of Plasmas 24 122304]中显示。在本文中，我们证明了当湍流沿电子方向旋转时，ITG湍流的动力学性质很容易被复制;我们的模型计算特别处理了著名的δ_e模型中的环形电子漂移波（EDW）。虽然基本的计算是在平行的ITG对应，更多的重点放在这里的瞬时子的运动，在托卡马克中观察到的几个突然的现象，如间歇性激发的测地线声学模式（GAM）在本文中所示，可以归因于瞬时子的突然和快速的径向运动。计算得出了瞬子的定义特征：它在跃迁后立即开始为线性行波。然后，随着频率一直增加到20 kHz，它演变到非线性阶段。纬向流方程对雷诺应力的调制会引起GAM的共振激发。由于反应区中多个中心有理表面之间的随机相混合，显示了不连续性。
2021-03-09 physics.plasm-ph
Zonal flow generation by modulational instability
本文对分别用长谷川-三马（HM）方程或准地转正压位涡方程描述的等离子体漂移波或Rossby波的非线性相互作用激发纬向流的包络形式作了教学性的评述。在等离子体的情况下，HM方程的修改形式，它考虑到抑制的磁表面平均的电子密度响应的少量的旋转变换，也进行了分析。在修正的HM情况下，调制的波列对纬向平均流的激励特别强。对相干波列的局部频散关系进行了线性化处理，并通过插入非线性激发的平均流来求出非线性频移。使用一般的非线性薛定谔方程的均匀载波，小调制的波列的不稳定性的标准，是最大的增长率和相速度的调制和带状流，在修改和未修改的情况下。
2006-10-04 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Extracting a stochastic model for predator-prey dynamic of turbulence and zonal flows with limited data
针对传统模型无法捕捉湍流与带状流相互作用微小波动的问题，提出基于随机微分方程的神经网络模型，结合物理约束与无迹变换，利用有限模拟数据准确重现了关键动力学特征。
2025-08-14 physics.plasm-ph
The collisional drift wave instability in steep density gradient regimes
在全F陀螺流体模型下研究了直磁场位形中的碰撞漂移波不稳定性，该模型放宽了Oberbeck-Boussinesq（OB）近似。因此，我们把我们的研究重点放在陡峭的背景密度梯度。在这个政权中，我们报告的修正因素的顺序一前OB近似方法的本征值分析，以及在空间上局部化的本征函数，强烈对比与他们的OB近似等价。值得注意的是，非模态现象出现大密度不均匀性和所有的碰撞。其结果是，我们发现初始衰减和非模态增长的自由能和径向本地化和剪切增长模式。后一种非模态效应即使在非线性状态下也以径向局部湍流或带状流振幅的形式存在。
2018-12-06 physics.plasm-ph
