Influence of temperature fluctuations on plasma turbulence investigations with Langmuir probes
在GEMR陀螺流体模拟上研究了朗缪尔探针测量等离子体湍流的可靠性，并与有条件采样的I-V特性以及托卡马克ASDEX升级近刮除层中的自发射探针测量结果进行了比较。在这个区域，模拟和实验一致地显示在密度，等离子体电位和电子温度的相干同相波动。离子饱和电流的测量结果很好地再现了密度波动。然而，浮动电位的波动受到温度波动的强烈影响，因此，与实际等离子体电位相比，浮动电位的波动强烈失真。这些结果表明，解释浮动等离子体电位波动，而忽视温度的影响是不合理的热聚变等离子体的分界线附近。这里，浮动电位测量导致湍流结构的ExB动力学的结果被破坏，例如，湍流粒子和动量输运或基于密度-势相关系的不稳定性识别。
2011-11-17 physics.plasm-ph
A transport-like approach to turbulence-mediated magnetic reconnection
针对自驱动湍流介导的磁重联，论文利用重联与湍流涨落的时间尺度分离及平均场的MHD尺度特性，提出类输运框架，为高效数值计算提供理论支撑。
2023-12-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph
A Detailed Examination of Anisotropy and Timescales in Three-dimensional Incompressible Magnetohydrodynamic Turbulence
当磁流体动力学湍流在大尺度平均磁场存在下演化时，相对于该优选方向发展各向异性。众所周知的趋势是，相对于沿着磁场的方向，垂直于磁场的梯度会发展得更强。这种频谱的各向异性与动力学过程的估计时间尺度的各向异性密切相关，需要重新考虑尺度局部性和频谱转移等基本问题。在这里分析的高分辨率三维模拟的非受迫磁流体动力学湍流允许定量评估的行为理论上相关的时间尺度在傅立叶波矢量空间。我们讨论的非线性时间，阿尔文时间，估计频谱传输率的分布。注意被称为频谱的特殊区域，如二维极限和“临界平衡”区域的潜在意义。一个公式的估计频谱传输方面的抑制因子支持的结论，准二维波动（其特征在于强非线性）是不是一个奇异的限制，但可能在一般情况下，预计作出重要贡献。
2020-05-19 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Plasma turbulence measured by fast sweep reflectometry on TORE SUPRA
传统上致力于电子密度轮廓测量，我们表明，快速扫频反射技术可以带来有价值的和创新的测量等离子体湍流。虽然快速扫频技术是传统上致力于电子密度径向轮廓测量，我们在本文中展示了如何处理的反射信号的波动恢复等离子体密度波动测量具有高的空间和时间分辨率。与磁流体动力学（MHD）活动相关的大尺寸湍流和相关的磁岛可以被检测到。微湍流的径向轮廓，这是负责等离子体的异常输运过程，实验确定通过反射相位信号的波动。
2004-10-22 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
Statistics for transition of a plasma turbulence with multiple characteristic scales
用双折射统计物理方法分析了不同时空尺度双折射共存的非均匀等离子体的亚临界跃迁。推导了静电势波动谱幅值概率密度函数的发展方程。通过数值求解方程组，得到了稳态PDF。虽然在忽略湍流脉动时观察到亚临界转变，但PDF显示该转变被湍流脉动模糊。这意味着传统转捩理论所采用的忽略湍流涨落的近似可能会高估观察到滞后的范围，并且不可避免地需要进行统计分析。
2003-02-07 physics.plasm-ph
Suppression of temperature-gradient-driven turbulence by sheared flows in fusion plasmas
University of Oxford（牛津大学）；University of Otago（奥塔哥大学）；United Kingdom Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学）；University College, Oxford（牛津大学学院）；Merton College, Oxford（默顿学院）
本研究构建了垂直流剪切影响聚变等离子体温度梯度湍流的唯象理论，划分弱、强剪切区并给出标度律，发现涨落纵横比的核心作用，预测与两类模拟吻合，还提出离子尺度流抑制电子湍流的潜在机制。
2025-01-09 physics.plasm-ph
Permutation Entropy and Statistical Complexity Analysis of Turbulence in Laboratory Plasmas and the Solar Wind
利用Bandt-Pompe置换熵和Jensen-Shannon统计复杂度分析了三种不同等离子体的涨落时间序列：斯沃斯莫尔球形马克实验（SSX）等离子体风洞中的磁流体动力学（MHD）湍流，漂移波湍流的离子饱和电流波动的边缘的大型等离子体装置（LAPD）和充分-从WIND航天器上拍摄的太阳风产生了湍流的磁场波动。熵和复杂度值作为CH平面上的坐标，用于比较不同的等离子体环境和其他波动模型。太阳风被发现具有最高的排列熵和最低的统计复杂性的三个数据集分析。这两个实验室数据集的统计复杂性值较大，表明这些系统的波动自由度较小，SSX磁波动的复杂性略低于LAPD边缘波动。将CH平面坐标与波形的频谱分解的形状和分布进行比较。这些结果表明，充分发展的湍流（太阳风）占据了CH平面的右下角区域，而其他被认为是湍流的等离子体系统具有更小的排列熵和更多的统计复杂性。本文介绍了第一次使用这种统计分析工具对太阳风等离子体，以及对MHD湍流实验等离子体。
2014-09-18 physics.plasm-ph
Numerical turbulence simulations of intermittent fluctuations in the scrape-off layer of magnetized plasmas
通过简化流体模型的数值湍流模拟，研究了磁约束等离子体边界的间歇性起伏，该模型描述了等离子体密度和电漂移涡在垂直于磁场的二维平面内的演化.两种不同的情况下被认为是，一个描述电阻漂移波的边缘区域和另一个只包括由于不利的磁场曲率的交换不稳定性在刮除层。通过单点记录获得的长数据时间序列的分析进行比较，描述的等离子体波动作为一个叠加的不相关的脉冲的随机模型的预测。对于这两种情况下的调查，径向颗粒密度分布在刮落层是指数与径向恒定的尺度长度。在远刮除层中的粒子密度波动的概率密度函数具有指数尾。斑点状结构的径向运动导致大振幅的爆发，峰值振幅和它们之间的等待时间呈指数分布。平均爆发形状是很好地描述了一个双边指数函数。粒子密度的频率功率谱密度仅仅是平均爆发形状的频率功率谱密度，并且对于刮除层中的所有径向位置是相同的。从数值模拟中得到的涨落统计与最近的磁约束等离子体的实验测量结果非常一致。统计框架定义了一个新的边界湍流模拟验证度量。
2021-02-15 physics.plasm-ph
ETG Turbulence Induced Energy flux in the Large Laboratory Plasma
大体积等离子体装置（LVPD）已经成功地证明了在有限等离子体β条件下激发电子温度梯度（ETG）驱动的湍流，其中满足ETG湍流的阈值条件。观测到的模式遵循ETG湍流的波矢标度和频率排序。同时测量电子温度，$δT_e $，等离子体密度，$δn_e $和潜在的，$δV_f $的波动。密度与电位、温度与电位涨落之间的相关系数分别为$ C_{δn_e δϕ_f}\sim -0.8 $和$ C_{δT_e δϕ}\sim -0.9 $，呈强负相关。这些相关的密度，温度和潜在的波动导致湍流热通量的产生。测量的热通量与ETG模型方程的理论估计的热通量进行了比较。实验结果表明，净热流是径向向外的。
2019-02-22 physics.plasm-ph
Role of Magnetic Field in the Redistribution of Turbulence from Large-Scale Structures to Small-Scale Fluctuations
Institute for Plasma Research（等离子体研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究通过实验探讨了增强磁场对线性等离子体装置中湍流特性的影响，发现磁场增强会抑制环状流动并增加平均流动，同时通过频谱分析发现能量从低频向高频重新分布，可能由于雷诺应力的减少而削弱环状流动生成的驱动力，揭示了磁场在漂移波湍流中重新分布频谱能量的作用。
2026-05-17 physics.plasm-ph
Universal Probability Distribution Function for Bursty Transport in Plasma Turbulence
与对流运动相关的突发性输送现象在不同的物理系统中具有普遍的统计特征。本文提出了一个描述等离子体湍流中猝发输运的单变量随机模型和相应的概率分布函数。所提出的随机过程恢复了在几种磁约束装置的等离子体边缘观察到的密度起伏的普遍分布和它们的偏度$S$和峰度$K$之间的显着标度。在以对流为特征的其他物理系统中也观察到了类似的变率统计特征，如天鹅座X-1吸积盘等离子体发射的X射线波动和海面温度波动。
2009-09-24 physics.plasm-ph
Burst statistics in Alcator C-Mod SOL turbulence
使用喷气成像数据分析了Alcator C-Mod刮除层（SOL）中的突发波动。这揭示了许多相同的波动特性，朗缪尔探针测量，包括正常分布的波动在近SOL区域，而远SOL等离子体主要是由大幅度的突发由于径向运动的斑点状结构。条件平均揭示了具有快速上升和缓慢衰减以及指数分布等待时间的突发波形。在此基础上，建立了一个爆炸动力学的随机模型。该模型预测波动幅度应遵循伽马分布。这被证明是一个很好的描述的喷气成像数据，验证这方面的模型。
2012-05-31 physics.plasm-ph
Effects of shear flows on the evolution of fluctuations in interchange turbulence
本文用非微扰方法研究了不同类型的剪切流对交换湍流中涡量和粒子密度脉动演化的影响。对于相同的剪切强度，密度的运输是减少流光比纬向流，纬向流导致振荡死亡。在无粘性极限下，涡量（密度）由于流束或纬向流而按幂律增长（衰减），由于纬向流和流束的组合效应而按指数增长（衰减），并具有相同的剪切符号。带向流和带向流具有相反的剪切符号，导致多个频率的振荡。
2017-11-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Scaling properties of small-scale fluctuations in magnetohydrodynamic turbulence
磁流体动力学（MHD）湍流在大多数自然系统中，包括星际介质，太阳日冕，和太阳风，有雷诺数远远超过雷诺数在数值实验中可实现的。因此，小尺度波动的普遍标度特性引起了人们的极大关注，这些特性可以在模拟中可靠地测量，然后外推到天体物理尺度。然而，与流体动力学湍流，其中的惯性和耗散间隔的通用结构所描述的Kolmogorov自相似性相比，MHD湍流的缩放不能建立仅仅基于尺寸参数，由于存在一个内在的速度尺度-阿尔芬速度。在这封信中，我们证明了Kolmogorov第一自相似性假设不能以同样的方式制定为MHD湍流，它是制定为流体动力学的情况下。除了深刻的后果的分析考虑，这也提出了严格的条件，MHD湍流的数值研究。与流体动力学情况相比，MHD湍流数值模拟中的离散化尺度应比耗散尺度减小得更快，以便模拟随着雷诺数的增加而保持解析。
2014-09-09 astro-ph.SR physics.plasm-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
Energy partition between Alfvénic and compressive fluctuations in magnetorotational turbulence with near-azimuthal mean magnetic field
磁流体动力学（MHD）湍流理论预测，Alfvénic和慢模类压缩波动在惯性范围内的小尺度上是能量解耦的。这些波动之间的能量分配决定了耗散的性质，在许多天体物理系统中，耗散发生在等离子体无碰撞的尺度上。然而，当磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流，这是很难解决的数值尺度，在这两种类型的波动开始解耦，因为MRI能量注入发生在一个广泛的波数范围，这两种类型的波动通常预计耦合，即使在相对较小的尺度。在这项研究中，我们专注于碰撞MRI湍流线程近方位平均磁场，这是自然产生的差分旋转的磁盘。我们表明，在这种情况下，解耦尺度是可达到的使用减少MHD模型，包括微分旋转效应。在我们的简化MHD模型中，Alfvénic和压缩涨落仅通过与吸积盘的角速度成比例的线性项耦合。我们数值求解在这个模型中的湍流，并表明，Alfvénic和压缩波动解耦在我们的模拟的小尺度下的非线性能量转移占主导地位的线性耦合以下的MRI注入规模。在退耦尺度中，包含在小尺度中的压缩涨落的能流几乎是Alfvénic涨落的两倍。最后，我们讨论了这一结果的热吸积流中的离子-电子加热比的处方的应用。
2022-05-06 astro-ph.HE physics.plasm-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$的函数，其尺度系数对参数的依赖性很弱.此外，通过详细的时空分析，我们表明，密度波动是由低频非线性结构，而不是可压缩MHD本征波。这些结果对于理解可压缩湍流如何有助于太阳附近的太阳风加热可能是重要的。
2022-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Measurement of the electric fluctuation spectrum of magnetohydrodynamic turbulence
观测到太阳风中的磁流体动力学（MHD）湍流在惯性子范围内表现出经典Kolmogorov流体湍流的光谱行为，并在短波长处偏离该光谱行为，在该波长处能量应该被耗散。在这里，我们提出的第一个测量的电场波动谱的惯性和耗散波数范围内的$β\gtrsim 1$等离子体。观测到的$k^{-5/3}$惯性子区与磁涨落谱惊人地一致;在该区域的波相速度与阿尔文速度一致。在较小的波长$k ρ_i \geq 1$的电谱是软的，是符合预期的色散关系的短波长动力阿尔文波。动力学阿尔文波对太阳风离子和电子产生阻尼作用，并可能使它们各向同性。这种效应可以解释太阳风的流体性质。
2005-03-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
Scaling Laws of Turbulence and Heating of Fast SolarWind: The Role of Density Fluctuations
磁流体力学中不可压缩的各向同性湍流可以用尺度能流的精确关系来描述。最近，在太阳系探测器观测到的太阳极上方的太阳风中观测到了这种类似于雅格隆的标度律，其中湍流处于阿尔夫维尼状态。一个类似的唯象标度律，适当修改，以考虑可压缩波动，更频繁地观察到在同一数据集。大尺度的密度涨落，尽管幅度很小，但在湍流的基本标度性质中起着至关重要的作用。此外，在压缩情况下的湍流级联率可以提供考虑非绝热太阳风的局部加热所需的能量耗散。
2010-03-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Observation of Chaotic fluctuations in Turbulent Plasma
研究通过分析C-H平面上的磁场涨落，首次在地球弓激波下游太阳风等离子体中观测到混沌涨落，证明磁鞘湍流表现为混沌而非随机行为，挑战了既有等离子体湍流观念。
2024-09-21 physics.plasm-ph physics.space-ph
Suppression of turbulence and subcritical fluctuations in differentially rotating gyrokinetic plasmas
已知微分旋转可以抑制聚变等离子体中的线性不稳定性。然而，即使在没有增长的本征模，亚临界波动，增长瞬态可能导致持续的湍流。在这里被认为是一个垂直ExB速度剪切的存在下，由平行的速度梯度（PVG）和离子温度梯度（ITG）驱动的静电波动的瞬态增长。最大限度地简化情况下的零磁剪切处理的框架内的局部剪切盒。没有线性增长的本征模，所以所有的激励都是瞬态的。初始扰动的最大放大因子和相应的波数作为q/ε（=安全因子/长宽比）、温度梯度和速度切变的函数计算。分析结果证实和补充线性陀螺动力学数值试验。对于足够低的q/ε值（在我们的模型中<7），完全抑制离子尺度湍流的区域是可能的。对于湍流不被抑制的情况下，一个基本的启发式理论的亚临界PVG湍流导致缩放的相关离子热通量与q，ε，速度剪切和温度梯度的建议，有人认为，运输是刚性比ITG制度。
2011-11-21 nlin.CD physics.plasm-ph
Explosive growth of large-scale magnetic fluctuations due to particle scattering on developed small-scale Weibel turbulence in magnetoactive plasma
本文构建了磁活性等离子体中大尺度磁湍流非线性产生的解析理论，发现粒子在已发展的Weibel湍流小尺度涨落上的散射引发的异常碰撞会导致长波谐波的超指数爆炸型不稳定性增长，并解析求得磁场增长规律与临界时间。
2025-04-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
A study of multiscale density fluctuation measurements
有趣的相似之处密度波动功率与波数的小（毫米）和大（百万分之一）尺度。对聚变等离子体测量结果与宇宙学数据进行了比较研究。基于经典流体湍流理论的预测，我们认为，我们的观察是一致的二维湍流。密度涨落在这些不同尺度上的相似依赖性可能表明，原始湍流已经扩展到宇宙学的比例。
2007-12-11 astro-ph physics.plasm-ph
Perpendicular ion heating in turbulence and reconnection: magnetic moment breaking by coherent fluctuations
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学）；Space Science Center and Department of Physics, University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
该研究提出了一种理论框架，统一了随机离子加热、回旋加热和重联加热，解释了垂直离子加热在湍流和重联中的机制。
2026-02-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Nature of Transonic Sub-Alfvénic Turbulence and Density Fluctuations in the Near-Sun Solar Wind: Insights from Magnetohydrodynamic Simulations and Nearly-Incompressible Models
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Alabama in Huntsville（阿拉巴马大学亨茨维尔分校）；Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR)（空间等离子体与航空研究发展中心）
研究太阳风湍流从亚声速到跨声速转变的性质，提出近不可压缩模型，揭示低频二维结构主导，压缩波动为次要成分，扩展了湍流理论。
2025-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electromotive force due to magnetohydrodynamic fluctuations in sheared rotating turbulence
本文在二阶关联近似下计算了一般小尺度磁流体动力学湍流的平均电动势。为了增进对吸积盘发电机的了解，包括了小尺度磁波动、速度梯度、密度和湍流分层以及旋转所产生的影响。补充数值结果的主要结果是，由于磁场波动引起的非对角湍流电阻率可以产生大规模的发电机作用--“剪切电流”效应的磁模拟。此外，考虑到在盘的分层区域中的$α$效应，给出了一个令人困惑的结果，即对于$α$的符号没有强有力的预测，因为由于动力学和磁波动的效应，以及由于剪切和旋转的效应，每个都是相反的符号，并且倾向于相互抵消。
2015-08-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Density Fluctuation Spectrum of Solar Wind Turbulence between Ion and Electron Scales
我们提出了一个测量光谱指数的离子和电子尺度之间的密度波动在太阳风湍流使用ARTEMIS航天器上的ECONOMIC仪器。在1天文单位的平均光谱指数被发现是-2.75 +/- 0.06，比纯哨声或动力阿尔芬波湍流的预测更陡，但与以前的磁场测量一致。陡峭的光谱也与在此尺度范围内增加湍流能量的不稳定性或阻尼的预期一致。无论是谱指数，也没有平坦化的密度谱离子尺度前被发现依赖于接近压力各向异性不稳定阈值，这表明它们是固有的湍流级联的功能。
2012-05-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spatio-Temporal Energy Cascade in Three-Dimensional Magnetohydrodynamic Turbulence
该研究提出波数-频率空间的尺度分解新方法，通过三维磁流体动力学湍流模拟揭示低频磁涨落的逆级联及能量库作用，为湍流时空特性提供新见解，或解释太阳风低频湍流涨落的起源与作用。
2024-11-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Hidden drifts in turbulence
本文定义并讨论了二维湍流中隐漂的概念。这些是轨迹的有序分量，平均为零，不产生直接传输。它们的影响表现在湍流的演变中，作为一种特殊类型的通量，它包括在相反方向上的正波动和负波动的平均运动。我们表明，这些通量有重要的非线性效应在湍流流体和封闭的等离子体。在第一种情况下，它们通过根据涡度波动的符号分离涡度波动的过程，以牺牲小尺度波动为代价来确定大尺度涡度和速度的增加。在第二种情况下，它们提供了一种机制，为纬向流的产生和涡通量，影响剪切旋转的等离子体。
2018-10-24 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Fluidization of collisionless plasma turbulence
在无碰撞的磁化等离子体中，粒子可以沿着磁场线自由流动，导致其分布函数的相位“混合”，从而消除任何“压缩”波动（密度，压力等）。这种快速混合是静态等离子体中这些波动的朗道阻尼的基础，这是使等离子体不同于常规流体的最基本的物理现象之一。然而，在有利于强朗道阻尼的条件下，在湍流天体物理等离子体中（最生动的是在太阳风中）观察到了广泛的幂律谱压缩波动。在自然界的其他地方，这种光谱通常与流体湍流有关，其中能量不能在惯性尺度范围内耗散，因此从大尺度级联到小尺度。通过直接的数值模拟和理论论证，它表明在这里，湍流的压缩波动在无碰撞等离子体强烈类似于一个在碰撞流体，并有广泛的幂律谱。这种“流化”的碰撞等离子体的发生，因为相混合强烈抑制平均由“随机回波”，产生由于非线性平流的颗粒分布的湍流运动。除了解决长期以来观测到的太阳风中的压缩波动的难题，我们的研究结果提出了一个概念上的转变，为理解动力学等离子体湍流一般：而不是作为一个系统，朗道阻尼发挥耗散的作用，碰撞无等离子体是有效的dissipationless除了在非常小的尺度。“流体”湍流物理学的普遍性，从而重申，即使是一个动态的，无碰撞的系统。
2018-08-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Intermittency in plasma turbulence
通过对速度脉动的概率分布函数（PDF）的分析，可以证明流体湍流中的间歇性，在小尺度上显示出强烈的非高斯行为。在本文中，我们研究的发生在等离子体湍流的偏离高斯分布的PDF的速度和磁场的起伏。我们使用的数据来自两个不同的实验，即在原位卫星观测的内太阳风和湍流波动的磁约束聚变等离子体。此外，我们还研究了在一个简化的壳模型中观察到的时间不稳定性，该模型模拟了三维MHD方程。我们发现，偏离高斯分布是所有情况下的主要特征。然后，使用两个不同的模式，在过去几年中建立的PDF的标度行为进行了研究，以捕捉湍流中的不稳定性的本质。
2001-01-30 nlin.CD physics.plasm-ph
Density fluctuations on mm and Mpc scales
在本文中，我们将报告密度波动功率与波数之间的小（mm）和大（Mpc）尺度上的相似性。小规模的测量在聚变等离子体中进行，并与经典流体湍流理论的预测进行比较。该数据与二维湍流耗散范围一致。或者，结果可以拟合到不能用湍流理论解释的函数形式。大尺度测量是斯隆数字巡天星系红移检查的一部分。我们发现，方程描述的融合等离子体也适用于星系的数据。在聚变等离子体和星系中，密度涨落功率对波数的依赖性可能表明这些涨落的共同起源。
2005-05-11 astro-ph physics.plasm-ph
The integral and correlation scales of solar wind turbulence
Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）；Naval Research Laboratory（海军研究实验室）
针对太阳风湍流相关时间尺度估计依赖区间长度的问题，提出基于遍历性的新方法，通过改进自相关函数估计器准确捕捉长滞后行为，实现积分尺度的无偏估计。
2026-06-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Characterization of compressible fluctuations in solar wind streams dominated by balanced and imbalanced turbulence: Parker Solar Probe, Solar Orbiter and Wind observations
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
研究通过分析Wind、Solar Orbiter和Parker Solar Probe的数据，探讨太阳风中压缩性波动的尺度依赖性和与等离子体β值及径向距离的关系，揭示压缩性波动在太阳风加速和加热中的作用。
2026-04-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The usefulness of Poynting's theorem in magnetic turbulence
我们重写了坡印廷定理，该定理已经在以前的出版物（Treumann & Baumjohann 2017）中使用，以推导湍流磁功率和电功率谱密度之间的关系，以明确机械贡献的进入位置。然后，我们明确使用的相对论变换的湍流电的波动，得到的表达式只依赖于磁场和速度的波动。任何电波动都只起中间作用。在上述文献结果的基础上，建立了Alfvénic和非Alfvénic湍流的湍流电导率谱方程。基于观测的讨论，他们的应用程序中的太阳风湍流。惯性范围内的太阳风湍流表现出混沌和自组织的迹象。
2017-12-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spontaneous Magnetic Fluctuations and Collisionless Regulation of Turbulence in the Earth's Magnetotail
在实验室、空间和天体物理学等离子体物理中，最基本和最具挑战性的问题是理解几乎无碰撞的等离子体向准稳态的弛豫过程，以及电磁等离子体湍流的合成状态。最近，有人认为，太阳风等离子体$β$和温度各向异性观测可能受到动力学不稳定性的调节，如离子回旋，镜，电子回旋和消防水龙带不稳定性;磁波动观测与波动耗散定理的预测是一致的，甚至远低于动力学不稳定性阈值。在这里，使用原位磁场和等离子体测量的THEMIS卫星任务，我们表明，这种调节似乎也发生在地球的磁尾等离子体片的离子和电子尺度。不管太阳风和磁尾环境之间的明显差异，我们的研究结果表明，自发波动和它们的无碰撞调节是空间和天体物理等离子体的基本特征，从而表明该过程是普遍的。
2021-10-26 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear Interactions in Spherically Polarized Alfvénic Turbulence
在太阳风中观测到的湍流磁场波动经常保持恒定的大小，并伴随着球偏振速度波动;这些特征是大振幅阿尔文波的特征。Alfvénic湍流中的非线性能量传递通常被认为是在小振幅极限下，在那里可以忽略恒定幅度条件;相反，在大振幅极限下的非线性能量传递仍然相对未被研究。我们开发了一种方法来分析有限振幅湍流，通过研究波动作为恒定幅度旋转的驻波（德霍夫曼-泰勒）框架，这表明，签名的有限振幅效应存在深入到MHD范围。虽然主导波动与球偏振大振幅阿尔文波一致，但次主导模式相对可压缩。有限振幅球偏振模式与次优势人口之间的非线性相互作用的签名显示高度对齐的横向分量。在Alfvénic湍流的理论模型中，对齐被认为可以降低非线性;我们的观察要求对齐足以降低剪切非线性，使得非Alfvénic相互作用可能负责球偏振态中的能量转移，或者反向传播的波动保持异常相干性，这是反射驱动湍流的预测特征。
2021-10-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasma turbulence at ion scales: a comparison between PIC and Eulerian hybrid-kinetic approaches
在过去的几十年里，人们通过数值模拟对磁化等离子体中的动力学范围湍流，特别是太阳风湍流进行了广泛的研究。其中，广泛采用的简化等离子体模型之一是所谓的混合动力学模型，其中离子是完全动力学的，电子被视为中和（惯性或无质量）流体。在同一模型中，采用了不同的数值方法和/或湍流发展方法。在目前的工作中，我们提出了一个二维的混合动力学模拟等离子体湍流之间的比较与两个互补的方法，跨越约二十年的波数-从磁流体惯性范围尺度远低于离子回旋半径-与国家的最先进的精度。一种方法采用混合粒子在细胞（HPIC）模拟的自由衰减Alfvénic湍流，而另一种方法由欧拉混合Vlasov-Maxwell（HVM）模拟的湍流连续驱动的部分可压缩的大尺度波动。尽管在大尺度上的初始化和注入/驱动完全不同，但在$k_\perpρ_i\gtrsim1$上观察到相同的湍流波动特性。该系统确实自洽地“再处理”湍流波动，而它们是级联向越来越小的尺度，在某种程度上，这实际上取决于等离子体β参数。对于$β\geq1$，小尺度湍流主要由动力学Alfvén波（KAW）波动填充，而对于低-$β$，KAW波动仅是次主导的。
2017-03-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The statistics of a passive scalar in field-guided magnetohydrodynamic turbulence
磁化等离子体湍流的各种研究调用理论的湍流波动的一个被动标量平流。例子包括模拟星际介质中的电子密度波动，了解星系团和星系间介质的化学成分，并测试磁流体动力学湍流的流行现象学理论。虽然被动标量湍流已被广泛研究的流体动力学的情况下，其对应的MHD湍流是显着不太好理解。在这里，我们进行了一系列的高分辨率直接数值模拟不可压缩，场引导，MHD湍流，以建立被动标量演化的基本属性。我们研究了标量的各向异性，建立了类似于Yaglom定律的标度关系，并测量了被动标量统计量的不对称性。我们还评估在何种程度上的伪阿尔芬波动强MHD湍流可以模拟为一个被动标量。结果表明，被动标量在MHD湍流的动力学是相当复杂的比在流体动力学的情况下。
2014-09-25 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Three-Dimensional Structure of Solar Wind Turbulence
我们提出了一个测量的尺度相关的，三维结构的磁场波动的惯性范围太阳风湍流相对于当地的，物理激励的坐标系。阿尔夫文波动是三维各向异性的，这种各向异性的意义从大尺度到小尺度有所不同。在外尺度上，磁场关联在局域涨落方向上最长，与阿尔芬波一致。在质子陀螺标度，它们沿局域平均场方向最长，沿垂直于局域平均场和局域场涨落的方向最短。压缩起伏沿局部平均场方向被高度拉长，尽管垂直于它是轴对称的。它们的大的各向异性可以解释为什么它们在太阳风中没有被严重阻尼。
2012-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Using Synthetic Spacecraft Data to Interpret Compressible Fluctuations in Solar Wind Turbulence
动力学等离子体理论被用于产生合成的航天器数据，以分析和解释太阳风湍流惯性范围内的可压缩波动。三个常见的线性MHD波模式-快，阿尔芬，慢波-的动力学对应物被识别和这些动力学波模式的密度平行磁场关联的属性。合成航天器数据的建设，基于准线性的前提-磁化等离子体湍流的一些特性可以有效地建模为随机相位，线性波模式的集合-详细描述。密度平行磁场相关性的理论预测的基础上MHD和Vlasov-Maxwell线性本征函数，并进行了比较，这种相关性的观测测定的基础上10年的风航天器数据。结果表明，MHD理论是不足以描述可压缩湍流的波动和所观察到的密度平行的磁场相关性是一致的，统计上可以忽略不计的动能快波能量的贡献在这项研究中使用的大样本。提出了一个太阳风惯性范围波动模型，它由不可压缩Alfvenic波动的临界平衡分布和可压缩慢波波动的临界平衡分布或比临界平衡分布更各向异性的混合物组成。这些结果意味着，有很少或根本没有大尺度的湍流能量通过惯性范围下到哨声波在小尺度。
2012-06-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic dynamo action in astrophysical turbulence
本文在Kazantsev Kraichnan模型的框架下研究了湍流速度涨落放大的磁场的结构。我们考虑Kolmogorov分布的速度波动，并假设雷诺数和磁雷诺数都很大。我们提出了完整的数值解的模型的光谱和增长率的磁波动。我们认为天体物理相关的限制大，小磁普朗特数，并解决螺旋和非螺旋的情况下。
2009-04-11 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Intermittency in the solar wind turbulence through probability distribution functions of fluctuations
流体湍流中的间歇性可以通过分析速度波动的概率分布函数（PDF）来强调，这在小尺度上显示出强烈的非高斯行为。Castaing等人（1990年）提出了这样一种想法，即这种行为可以在乘法级联模型的框架中用高斯卷积来表示，高斯卷积的方差是按照对数正态分布的。在这封信中，我们试图通过对计算出的太阳风中的整体速度和磁场强度波动的PDF与模型进行拟合，来检验关于MHD太阳风湍流的这一猜想。这种拟合允许我们根据尺度计算参数，该尺度表示高斯方差的对数正态分布的宽度。最后讨论了所得到的参数值及其标度律的物理意义
1999-03-26 astro-ph chao-dyn nlin.CD
Revisiting the role of cosmic-ray driven Alfvén waves in pre-existing magnetohydrodynamic turbulence. I. Turbulent damping rates and feedback on background fluctuations
本文重新审视并扩展了预存磁流体动力学湍流中宇宙射线驱动阿尔芬波的湍流阻尼理论，引入动态对准和重联介导机制，修正了阻尼率对背景涨落幅度和波长的依赖关系，并提出了CR反馈判据及唯象模型。
2024-06-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph 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
Ion kinetic energy conservation and magnetic field strength constancy in multi-fluid solar wind Alfvénic turbulence
本文研究了高阿尔夫文快太阳风中大振幅低频波动的等离子体流体运动特性。我们表明，质子局部保存总动能时，从一个有效的参照系与波动。对于快风的典型性质，这个框架可以用α粒子来合理地识别，由于它们相对于质子以大约阿尔文速度沿着磁场漂移，所以不会参与流体的低频波动。利用它们的速度将质子速度转换到阿尔夫文湍流的框架中，我们证明了由此产生的等离子体运动的特征在于速度的绝对值恒定，电场为零，并且速度和磁场矢量对齐，正如平衡时单向阿尔夫文波动所预期的那样。我们认为，通过阿尔夫文湍流中速度和磁场之间的相关性，这种约束是观测到的磁场恒定性的起源：虽然对应于恒定能量的恒定速度只能在波动的框架中观察到，但在航天器框架中，对于伽利略变换不变的相应恒定总磁场仍然是观察特征，阿尔文湍流框架中的恒定总能量。
2015-01-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the Existence of Fast Modes in Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence
通过对可压缩和不可压缩驱动条件下三维可压缩MHD湍流中快磁声模的存在性和性质进行了数值模拟。我们使用两种方法来确定快速模式的存在：仅基于空间变化的模式分解和所有波动的时空4D-FFT分析。后者的方法使我们能够量化的波动，满足色散关系的快速模式与有限的频率。总体而言，我们发现，通过时空4D FFT方法识别的快速模式在总波动功率中的比例对于几乎不可压缩的驱动是微小的，或者对于高度可压缩的驱动是~2%。我们讨论了我们的结果的影响，了解空间和天体物理等离子体中的可压缩波动。
2022-01-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Thermal SZ fluctuations in the ICM: probing turbulence and thermodynamics in Coma cluster with ${\it Planck}$
本文报道了用${\it Planck}$观测到的后发座星系团团簇内介质（ICM）中的热Sunyaev-Zeldovich效应（SZ）涨落。SZ的数据链接的最大可观测的X射线尺度的大Mpc规模，扩展我们的知识ICM波动的功率谱。将二维SZ扰动解投影为三维压力波动，我们发现在$15'$和$40'$半径区域内，振幅谱的峰值分别位于$δP/P = 33\pm 12\%$和$74\pm19\%$。我们进行测试，以确保波动是集群固有的，而不是由于噪声污染。通过使用高分辨率的流体动力学模型，我们改进了Coma中的ICM湍流约束，得到了三维马赫数${\rm Ma_{3d}}= 0.8\pm0.3$（15'区域），在较大半径（40'）处增加到超音速值，以及注入尺度$L_{\rm inj}\approx 500$ kpc。这种性质与合并导致的驱动力是一致的，特别是与内部星系群有关。大的压力波动表明Coma处于绝热模式（由声波介导），而不是等压模式（由浮力波介导）。正如湍流模型所预测的那样，SZ波动的分布是对数正态的，具有轻度的非高斯性（重尾）。实质性的非热压力支持意味着流体静力学质量偏差$b_M=-15\%$ $-45\%$从核心到外围区域，分别。虽然总SZ功率探测的热能含量，SZ波动约束的非热偏差重要的精密宇宙学。所提出的，新的方法可以利用多频观测使用地面干涉仪和未来的空间CMB任务。
2016-09-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
On the Physics of Kinetic-Alfven Turbulence
观测揭示了太阳风在亚质子尺度上磁场和密度等离子体涨落的近似幂律谱，这表明存在湍流级联。我们讨论了微尺度等离子体波动的三场和两场模型，然后给出了动力学Alfven湍流的两场模型的数值模拟结果，该模型模拟了亚质子尺度下的等离子体运动。
2013-05-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetized compressible turbulence with a fluctuation dynamo and Reynolds numbers over a million
本研究开展了雷诺数超百万的超音速MHD湍流高分辨率模拟，发现动能谱在动能主导与强磁化尺度间存在突变，并揭示了局部弛豫区域的形成机制及其对级联过程和涨落发电机饱和的深刻影响。
2024-05-29 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.comp-ph
