Turbulence and Transport During Guide-Field Reconnection at the Magnetopause
我们分析的发展和影响的湍流在三维粒子模拟的导场磁重联在磁层顶的参数的基础上的电子扩散区的观测磁层多尺度（MMS）任务。沿分界线的湍流是低杂波漂移不稳定性（LHDI）的一种变体，其产生的电场波动幅度远大于重联电场。湍流控制了密度和电流分布的尺度长度，同时使穿过磁层顶的重要传输成为可能，尽管电子仍然冻结在磁场中。在X线附近，电子没有被冻结，并且与LHDI不同的湍流通过反常粘性对广义欧姆定律做出了显著的净贡献。湍流和伴随粒子输运的特征与MMS观测中的波动幅度一致。然而，对于这一事件的模拟表明，MMS航天器没有足够接近的电子扩散区的核心，以确定该地区的异常粘度是重要的。
2019-10-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Effects of Turbulence on Three-Dimensional Magnetic Reconnection at the Magnetopause
对磁层多尺度飞行任务（MMS）最近遭遇的磁层顶电子扩散区进行了二维和三维粒子模拟。虽然二维模拟是层流的，但在三维模拟中，湍流在x线处和沿磁分离线发展。湍流的强度足以使重联岛周围的磁场发生混乱，并产生异常电阻率和异常粘滞性。每一个都对打破电子扩散区的冻结条件有很大贡献。令人惊讶的是，在MMS观测和二维模拟中看到的速度空间中的新月形特征即使在三维系统的湍流环境中也存在。这表明MMS对新月形分布的测量并不排除湍流在磁层顶重联中起重要作用的可能性。
2016-06-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic turbulence in fast 3D collisionless guide-field magnetic reconnection
虽然湍流已被证实对磁重联很重要，但人们对它在无碰撞等离子体中的作用仍知之甚少。以前试图量化湍流对重联的影响时，通常采用阿尔文涨落或其他低频涨落，或者仅在二维构型和反平行磁场中研究无碰撞动力学效应。鉴于此，本文利用三维粒子模拟程序，在频率和波数空间分析了三维导场通过无力电流片重联自发产生的动力学湍流。我们的研究揭示了重联率和动力学湍流的功能类似于目前在现场的航天器观测MMS以及在实验室重联实验MRX，VTF和\textsc{Vineta} -II。特别是，我们发现，动力学湍流发展过程中的3D导场重联表现出宽带幂律频谱扩展超出低杂波频率和电子频率。在频率空间中，湍流的谱指数在重联X线处接近-2.8。在波数空间中，当归一化重联率达到0.1时，它也变为-2.8。宽带动力学湍流主要是由于在足够薄的动力学重联电流片中激发的电流流和电子流剪切不稳定性。动力学湍流的增长对应于高的重连率，超过那些快速层流，非湍流重连。
2018-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetopause reconnection and indents induced by foreshock turbulence
基于全球混合模拟结果，我们预测前震湍流可以到达磁层顶，并导致重联以及地球大小的凹痕。在我们的模拟中，行星际磁场（IMF）和太阳风都是恒定的，因此所有的动力学都是由前震不稳定性产生的。在模拟中的IMF主要是太阳地球对齐一个弱的北向和零黎明黄昏的组成部分，这样的太阳下磁层顶重联预计没有前震湍流修改磁鞘场。我们给出了一个重联的例子来说明，湍流可以产生大的磁剪切角横跨磁层顶，诱导局部突发重联。磁层顶重联和由前震湍流的影响而产生的凹痕可能有助于行星等离子体的昼侧损失。
2021-04-23 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence in Three-Dimensional Simulations of Magnetopause Reconnection
我们详细分析了在磁层顶磁重联的三维粒子模拟中观察到的湍流。这些参数代表了磁层多尺度（MMS）任务中遇到的电子扩散区。湍流被发现开发周围的磁性X线和separatrices，是电磁的性质，其特征在于波矢量$k$由$kρ_e\sim(m_eT_e/m_iT_i)^{0.25}$与$ρ_e$的电子拉莫尔半径，并出现了离子压力梯度作为其自由能的来源。总之，这些结果表明，不稳定性是一个变种的低杂波漂移不稳定性。湍流在面外方向（重联电场的方向）上产生电场波动，其幅度约为$\pm 10$ ~mV/m，这远大于约为$0.1$ ~mV/m的重联电场。在MMS数据中已经识别出平面外电场的如此大的值。模拟中的湍流控制了非对称重联中密度分布和电流层的标度长度，使它们比2-D重联模拟中看到的$ρ_e$或$d_e$标度更接近$\sqrt{ρ_eρ_i}$，并在电子扩散区产生显著的异常电阻率和粘度。
2018-05-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropic electron heating in turbulence-driven magnetic reconnection in the near-Sun solar wind
我们进行了一个高分辨率的二维全动力学数值模拟的湍流等离子体系统的观测驱动的条件下，以调查之间的相互作用的湍流，磁重联，粒子加热从离子到亚电子尺度的近太阳太阳风。我们发现，湍流等离子体和电磁波动的功率谱显示多个幂律的间隔下到尺度小于电子回旋半径。观察到磁重联发生在对应的电流片的电子惯性长度的顺序，其形成和收缩，由于相互作用的离子尺度的涡旋的厚度。在某些情况下，观察到离子和电子的流出（经典的重联场景），而在其他情况下-通常对于最短的电流片-只有电子射流（“电子重联”）。在重联开始时，电子温度开始增加，并发展出强烈的平行温度各向异性。这表明在强湍流中，电子尺度相干结构可能对电子加热起着重要作用，因为脉冲和局部化现象，如磁重联，可能比与波动相互作用相关的阻尼机制更有效地将能量从电磁场转移到粒子。
2022-05-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence in Magnetic Reconnection Jets from Injection to Sub-Ion Scales
本研究利用磁层多尺度航天器数据探究地球磁尾磁重联喷流湍流，揭示了有限惯性区特征、多尺度能量级联规律及亚离子尺度涨落性质，测得迄今空间等离子体中最高的跨惯性区能量传递率。
2024-01-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical Properties of Turbulent Fluctuations Associated with Electron-only Magnetic Reconnection
内容：最近的卫星测量地球湍流磁鞘的证据表明，一个不寻常的重联机制，完全由电子驱动。这个新观察到的过程被称为电子重联，它与等离子体湍流的相互作用是一个有很大争议的问题。目的：通过对自由衰减等离子体湍流的二维-三维混合Vlasov-Maxwell模拟，研究了电子重联在等离子体湍流发展中的作用。特别是，我们寻找可能的差异与标准离子耦合重联相关的湍流。研究方法：通过对湍流磁场和离子流体速度涨落的结构函数的分析，刻画了湍流能量级联的结构和不稳定性。结果如下：我们发现，与纯电子重联相关的湍流涨落的统计特性与标准离子耦合重联相关的湍流涨落的统计特性一致，并且在湍流统计中没有发现与纯电子重联相关的特殊特征.这一结果表明，在无碰撞磁化等离子体中的湍流能量级联不依赖于与磁重联相关的特定机制。讨论了耗散范围的性质，指出在亚离子尺度下只有电子对磁场能量的耗散有贡献。
2020-08-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Effect of a guide field on the turbulence like properties of magnetic reconnection
利用5种不同的2.5维动力学粒子模拟方法研究了外加引导场对磁重联类重联性质的影响。发现磁能谱在惯性范围内呈现出约-5/3的斜率，与引导场无关。相反，在惯性范围内的电场谱随着引导场而更加陡峭，并且接近-5/3的斜率。此外，谱分析的广义欧姆定律的不同条款进行，并发现是一致的PIC模拟湍流和MMS观测。最后，利用基于不可压霍尔磁流体力学的von-Kármán Howarth（vKH）方程研究了引导场对能量传递行为的影响。在惯性范围内具有恒定能量传递率的vKH方程的一般特征在所有模拟中是一致的。这表明重联中的能谱和能量转移的定性行为与湍流相似，表明重联从根本上涉及能量级联。
2023-02-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron acceleration by turbulent plasmoid reconnection
在太空和天体物理等离子体中，就像在行星磁层中一样，如水星，高能电子经常在电流片（CS）附近发现，这暗示了电子通过磁重联加速。不幸的是，通过重联的电子加速还没有得到很好的理解。特别是湍流等离子体团重连的加速。我们已经研究了电子加速湍流等离子体团重联，所描述的MHD模拟，通过测试粒子计算。为了避免将所有相关的湍流尺度分解到耗散尺度，采用平均场湍流模型来描述亚网格尺度（SGS）的湍流及其通过湍流电动势（EMF）的影响。平均场模型将湍流电动势描述为电流密度、涡度、磁场以及湍流能量、交叉螺旋度和剩余螺旋度的平均值的函数。我们发现，主要在湍流重联的X点周围，强烈增强的局部电动势最有效地加速了电子并导致幂律谱的形成。由湍流引起的磁场对准的电动势主导电子加速过程。缩放加速过程的参数的Hermean磁尾，电子能量高达60千电子伏，可以达到通过热等离子体的湍流等离子体团重联。
2018-06-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear Reconnection in Magnetized Turbulence
最近对强磁化等离子体湍流的分析工作假设存在一系列尺度，其中撕裂不稳定性可能支配能量级联。在本文中，我们估计的条件下，这种撕裂可能会引起充分的非线性磁重联的湍流涡旋，从而使显着的能量转换和耗散。当这些条件得到满足时，一个新的湍流区域就会出现，其中重连驱动的能量耗散变得很常见，而不是当它们不满足时必然出现的罕见特征。
2019-07-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Properties of turbulence in the reconnection exhaust: numerical simulations compared with observations
本文用自洽等离子体模拟方法研究了磁重联流出流中湍流的性质。正如在空间等离子体中通常观察到的那样，磁重联的特征在于湍流的存在。在这里，我们提供了一个直接的比较，我们的模拟与报告的观测重联事件的磁尾调查的电磁场的性质和能量转换机制。特别是，模拟显示的发展与航天器的观测，统计的湍流外流的耗散机制类似于在磁尾重联射流中观察到的，以及湍流的属性作为一个函数的距离从重联X-线的湍流级联。
2018-10-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Non-Maxwellian electron distribution functions due to self-generated turbulence in collisionless guide-field reconnection
非麦克斯韦电子速度空间分布函数（EVDF）是表征等离子体条件和无碰撞磁重联非局域结果的有效信号。在过去，EVDF主要是在反平行重联和垂直于重联平面方向的弱导场的影响下获得的。然而，EVDF对于依赖于较强引导磁场的倾斜（或分量）重联以及对于远离扩散区域的重联的排出（流出）区域还不是众所周知的。针对多航天器磁层多尺度任务（MMS），考虑自生湍流的反馈，推导了从小导场（$b_g\approx0$）到强导场（$b_g=8$）导场$b_g$对无碰撞磁重联的非麦克斯韦EVDF.为此，我们使用ACRONYM代码进行了2.5D全动力学Particle-in-Cell模拟。我们得到了各向异性的EVDFs和电子束沿分界线以及在排气区的重联。光束是各向异性的，在垂直于而不是平行于局部磁场的方向上具有较高的温度。电子束在与背景电子相反的方向上传播并引起不稳定性。我们还得到了相对电子束漂移速度，阈值和由此产生的流不稳定性，包括强烈的非线性饱和的自生等离子体湍流的属性的引导场的依赖性。这种湍流及其非线性反馈导致非绝热平行电子加速和EVDF远远超出准线性近似的限制，产生相空间空穴和各向同性俯仰角散射。
2016-10-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Secondary Electron-Only Reconnection Driven by Large Scale Ion-Coupled Reconnection and Electron Kelvin-Helmholtz Instabilities in Hybrid Simulations of Solar Wind Turbulence
Universidad de Chile（智利大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Università di Pisa（比萨大学）；Northumbria University（诺森比亚大学）
研究通过混合模拟探讨了日冕风湍流中由大尺度离子耦合重联和电子凯尔文-赫姆霍兹不稳定性驱动的二次电子仅重联机制，揭示了其在亚离子尺度的形成过程及能量耗散作用。
2026-05-11 physics.plasm-ph physics.space-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
Identification of active magnetic reconnection using magnetic flux transport in plasma turbulence
在过去的二十年里，磁重联被认为在等离子体湍流的动力学和能量学中起着重要的作用。提出了一种基于磁通量输运（MFT）的湍流等离子体重联识别方法。将该方法应用于二维等离子体湍流的回旋动力学模拟。三个活跃的重联X点的识别结果的报告。前两个X点已经发展出双向电子流出射流。除了电子重联的范畴之外，第三个X点没有双向电子流出射流，因为流动被湍流修改。在所有的情况下，这种方法成功地确定了积极的重联通过明确的向内和向外的通量传输周围的X点。这种输运模式定义了重联，并在MFT的发散中产生了新的四极结构。这种方法有望应用于MMS、帕克太阳探测器和太阳轨道器等航天器任务。
2021-12-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection from a Turbulence Perspective
使用2.5D动力学粒子在细胞（PIC）模拟的光谱特性与层流，反平行重联检查。重连率和能谱都表现出三个不同的阶段：重连率增长的起始阶段，准稳定阶段和重连率和能谱都下降的下降阶段。在稳定阶段，能谱表现出近似的双幂律行为，在小于逆离子惯性长度的波数处具有接近-5/3的斜率，并且对于高达逆电子惯性长度的较大波数，斜率陡于-8/3。这种行为与柯尔莫哥洛夫能量级联一致，并意味着层流重联可能从根本上是一个能量级联过程。与这个想法一致的是，重联率表现出粗略的相关性与能谱的波数附近的离子惯性长度的倒数。2D频谱是强各向异性的，其中大部分能量与垂直于电流片的波矢量方向相关联。重连的作用是使能谱各向同性，在模拟结束时将谢巴林角从初始值70度减小到约48度（接近各向同性）。
2020-03-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Reconnection and Intermittent Turbulence in the Solar Wind
首次利用Wind航天器在1天文单位的现场测量结果，报道了太阳风中磁重联、电流片和间歇性湍流之间的统计关系。我们确定非高斯波动的磁场矢量，$\mathbf{B}$，这是空间和时间上不均匀的增量。发现重联事件和电流片集中在间歇性湍流的间隔中，使用增量的偏方差方法识别：在$\mathbf{B}$中最非高斯的1%波动内，我们发现87%-92%的重联耗尽和$\sim$ 9%的电流片。此外，随着从数据集中去除最小的间歇性波动，所识别的电流片也将对应于重连排气的可能性急剧增加。因此，湍流的太阳风包含了一系列的间歇性磁场结构，这些结构越来越多地与电流片相关联，而电流片又越来越有可能对应于磁重联的位置。这些结果可能对实验室和天体物理等离子体产生深远的影响，因为湍流和磁重联无处不在。
2014-03-18 physics.data-an physics.plasm-ph physics.space-ph
The Interplay Between Collisionless Magnetic Reconnection and Turbulence
本文从理论、数值和观测角度回顾了无碰撞等离子体中磁重联与湍流之间复杂的相互作用，重点介绍了 NASA 的 Magnetospheric Multiscale 任务在地球磁层关键区域提供的新见解。
2024-07-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kelvin-Helmholtz versus Tearing Instability: What Drives Turbulence in Stochastic Reconnection?
在过去的几年里，很明显，湍流磁重联和磁化湍流是不可分割的。结果表明，不仅重联是破坏湍流冻结条件的原因，而且三维随机重联本身也会产生湍流。负责这种驱动的实际机制仍然未知。撕裂模式或开尔文-亥姆霍兹等离子体不稳定性等过程可能会从不规则的电流片中产生湍流。我们解决这个过程的驱动机制的性质，并考虑撕裂和开尔文-亥姆霍兹不稳定性的湍流生成过程中的相对作用。特别是，我们分析了这两个不稳定性的三维重联区域内的发展条件。我们发现，这两种不稳定性可以激发湍流的波动在重联区。然而，撕裂模式具有相对缓慢的增长速率，并且在稍后的时间，它变得部分地被横向于湍流波动的增长期间产生的磁场的电流片分量抑制。相反，Kelvin-Helmholtz不稳定性在流出区域迅速建立，并且与撕裂模的贡献相比，在稍后的时间内，Kelvin-Helmholtz不稳定性主导湍流的产生。我们的研究结果表明，撕裂不稳定性是次主导的Kelvin-Helmholtz不稳定性相比，在三维重联层的湍流的产生，因此，自驱动重联是湍流重联与撕裂不稳定性是重要的，只有在初始阶段的重联。
2020-01-20 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Energy transport during 3D small-scale reconnection driven by anisotropic plasma turbulence
无碰撞等离子体中的能量耗散是一个长期存在的基本物理问题。虽然众所周知，磁重联和湍流耦合和传输能量从系统尺度到亚质子尺度，能量分布和能量耗散渠道的细节仍然知之甚少。特别是，与三维（3D）的小尺度重联发生的湍流级联的结果是未知的能量传递和运输。我们使用一个显式的完全动力学的粒子在细胞中的代码来模拟三维小尺度磁重联事件中形成的各向异性和Alfvénic衰减湍流。我们确定了一个高度动态和不对称的重联事件，涉及两个重联通量绳。我们使用基于玻尔兹曼方程的双流体方法来研究与重联事件相关的空间能量传递，并将双流体能量方程中的功率密度项与标准的基于能量的阻尼，加热和耗散代理进行比较。我们的研究结果表明，电子体流传输热能密度比动能密度更有效。此外，在我们的湍流重联事件中，能量密度转移是由等离子体压缩。这与湍流流片和湍流重联事件一致，但与层流重联不一致。
2022-08-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Role of reconnection in inertial kinetic-Alfven turbulence
在弱碰撞、低电子β等离子体中，大尺度阿尔文湍流在小于离子微尺度（陀螺尺度或惯性尺度）的尺度下转化为惯性动力学阿尔文湍流。我们建议，在这样的动力学尺度，非线性动力学倾向于组织成薄电流片湍流涡旋，与存在的两个保守的积分的理想方程，能量和螺旋度。强各向异性结构的形成被撕裂不稳定性所阻止，撕裂不稳定性在垂直于引导场的平面中的每个尺度$a$处设置涡旋的临界纵横比。该纵横比由涡流周转率和撕裂率的平衡来定义，并且取决于当前片的假定轮廓而从$(d_e/a)^{1/2}$变化到$d_e/a$。由此产生的湍流的能谱从$k^{-8/3}$变化到$k^{-3}$，并且相对于强背景磁场的相应谱各向异性从$k_z\lesssim k_\perp^{2/3}$变化到$k_z\lesssim k_\perp$。
2019-10-27 physics.plasm-ph physics.space-ph
Inertial-Range Reconnection in Magnetohydrodynamic Turbulence and in the Solar Wind
关于太阳风的现场航天器数据显示，事件被确定为具有流出和明显的“$X$ -线”$10^{3-4}$倍离子尺度的磁重联。为了理解湍流在这些尺度上的作用，我们在磁流体动力学（MHD）模拟中对惯性范围重联事件进行了案例研究。我们观察到随机漂移的磁力线在空间中，标准的磁通量冻结由于理查森色散的故障，和一个扩大的重联区包含许多电流片。粗颗粒的磁几何形状类似于太阳风中的大尺度重联，然而，双曲线通量管或“$X$ -线”在积分长度尺度上延伸。
2015-03-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Electron-scale reconnection in three-dimensional shock turbulence
在准平行激波的过渡区观察到了磁重联。本文采用粒子网格法模拟了准平行激波中的三维重联。激波过渡区是湍流的，导致形成具有不同取向的重连电流片。研究了弱导场和强导场作用下的两种重联点，结果表明重联是快速的、瞬态的。使用包括电子流和磁通量传输的诊断来表征重连位点。与二维模拟相比，实现了弱导场重联。此外，在这些事件中的电流片形成的方向几乎垂直于在二维模拟中发现的方向，其中重联几何形状受到约束。
2022-05-03 physics.space-ph
Role of magnetic reconnection in MHD turbulence
目前对MHD湍流的理解设想湍流涡旋在所有三个方向上都是各向异性的。在垂直于局部平均磁场的平面上，这意味着这种涡旋在小尺度上变成了电流片状结构。我们分析了磁重联在这些结构中的作用，并得出结论，重联成为重要的尺度$λ\sim L S_L^{-4/7}$，其中$S_L$是外尺度（$L$）伦德奎斯特数和$λ$是最小的场垂直涡尺寸。这个尺度大于由涡流的电阻性扩散所设定的尺度，因此意味着能量耗散的路线与由柯尔莫哥洛夫现象学所预测的路线从根本上不同。特别是，我们的分析预测存在的亚惯性，重联间隔的MHD湍流，傅立叶能量谱$E(k_\perp)\propto k_\perp^{-5/2}$，其中$k_\perp$是波数垂直于当地平均磁场。同样的计算也进行了高（垂直）磁普朗特数等离子体（$Pm$），其中的重联规模被发现是$λ/L\sim S_L^{-4/7}Pm^{-2/7}$。
2016-12-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection and electron temperature anisotropy in sub-proton scale plasma turbulence
磁化等离子体中亚质子尺度的湍流行为对于全面理解天体物理流（如太阳风）的能量学是非常重要的。我们研究的电子温度各向异性的形成，由于在亚质子尺度波动的湍流衰减使用二维，粒子在细胞（PIC）等离子体模拟与现实的电子质子质量比和引导场的模拟平面。近似幂律形式的涨落功率谱被建立到电子回旋半径量级。在动态磁场拓扑结构，这逐渐放松的复杂性，我们确定的X点场几何的网站上的无碰撞重联的签名。重联点通常与强平行电子温度各向异性的区域有关。连接到重联位点的磁场线的演变拓扑允许在多个空间分离的重联区域处加速的电子的空间混合。这将导致形成多峰的速度分布函数具有很强的平行温度各向异性。在一个三维系统中，支持适当的波矢量，多峰分布函数预计将是不稳定的动力学不稳定性，有助于耗散。所提出的各向异性形成机制也与空间和天体物理系统有关，其中等离子体的演化受到线性温度各向异性不稳定阈值的约束。重联位点的存在导致电子能量增益、非局域速度空间混合和强温度各向异性的形成;这证明了重联在湍流波动消散中的重要作用。
2014-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistics of Reconnection-Driven Turbulence
磁重联是高导电流体中改变磁场拓扑结构的过程。在标准的斯威特-帕克模型中，这个过程太慢，无法解释观测结果（例如太阳耀斑）。实际上，这一过程必然是普遍存在的，因为天体物理学中的流体是磁化的，流体元素的运动必然会引起磁场冻结线的交叉和磁重联。在湍流存在的情况下，重连与微观等离子体特性无关，并且可能比以前认为的要快得多，如Lazarian & Vishniac（1999）所提出的和Kowal等人（2009，2012）所测试的。然而，在Lazarian-Vishniac模型中考虑的湍流是外部强加的。在这项工作中，我们考虑重联驱动的磁化湍流在现实的三维几何随机噪声发起。我们通过数值模拟表明，随机重联是能够通过其流出之间的相互作用自生湍流。利用功率谱和各向异性标度分析了速度涨落的统计特性，结果表明重联产生了与Goldreich-Sridhar（1995）模型一致的Kolmogorov型湍流.然而，各向异性的统计，强烈影响的动态重联流出。一旦形成了宽湍流区，就形成了典型的各向异性标度$l_\parallel \propto l_\perp^{2/3}$，特别是对于高分辨率模式，因为有更宽的标度范围。重联流出的衰减到类似磁场的波动，其特征在于不同的各向异性标度，强烈依赖于$β$等离子体。此外，估计的重连率弱依赖于分辨率，这表明不需要外部过程来快速重连。
2017-02-06 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Gyrofluid simulations of turbulence and reconnection in space plasmas
本文利用哈密顿双场陀螺流体模型研究空间等离子体从MHD尺度到电子趋肤深度的湍流与磁重联，揭示强非平衡级联、温度比影响及电子有限拉莫尔半径修正，并讨论四场推广模型。
2024-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic reconnection as a driver for a sub-ion scale cascade in plasma turbulence
采用高分辨率二维混合动力学模拟方法，采用拉格朗日和欧拉两种互补方法以及不同的驱动机制，揭示了由磁重联触发的无碰撞等离子体湍流中亚离子尺度级联产生的新途径.模拟结果提供了清晰的数值证据，即在第一个磁重联事件发生后，无论MHD尺度下湍流级联的实际状态如何，在所谓的离子破裂以下的幂律能谱的发展都会发生。在这两个模拟中，重联介导的平行磁波动的小尺度能谱表现出一个非常稳定的谱斜率~-2.8，无论大尺度湍流级联是否已经完全发展。一旦达到准稳态湍流状态，总磁涨落的谱在MHD范围内趋于-5/3的谱指数，在亚离子尺度下趋于~-3。
2017-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-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
Small-scale local phenomena related to the magnetic reconnection and turbulence in the proximity of the heliopause
我们研究了与磁重联和等离子体湍流有关的过程，这些过程发生在日球顶（HP）和日球层电流片的存在下。结果表明，由磁重联引发的等离子体团相互作用可以提供内外日鞘之间的连接，并导致星际介质与受日球终端激波冲击的太阳风等离子体之间的粒子交换。磁重联也可能导致HP附近的等离子体密度和磁场压缩。我们认为，这些现象可能会被探测到的旅行者飞船接近和穿越HP。这些结果可以澄清最近提出的“磁高速公路”和“日鞘耗尽区”的概念，以解释最近的旅行者1号观测。
2013-10-29 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Study of reconnection-associated multi-scale fluctuations with Cluster and Double Star
本文的目的是评估特定的频谱标度特性的磁重联相关的波动/湍流在地球和尾部流出区的同时观察到的集群和双星（TC-2）航天器在2005年9月26日。由于在星团（X = -14--16 $R_e$）和TC-2（X = -6.6 $R_e$）位置之间发生了有据可查的重联事件，因此有可能对光谱特性进行系统比较，包括波矢量空间中的方差各向异性和尺度相关的光谱各向异性特征。另一个关键因素是航天器上的磁力计是相似的。的比较提供了进一步的证据，在向地/向尾重联流出区域的物理过程的不对称性。方差各向异性和频谱各向异性角估计的多尺度磁波动在尾部流出区域显示的功能是磁流体动力学级联湍流的存在下，当地的平均磁场的特性。向地流出区的多尺度磁起伏表现出更大的功率，缺乏方差和尺度依赖的各向异性，但也有较大的各向异性角。在该区域中，磁场更偶极，驱动湍流的主要过程是流动破碎/混合，可能与湍流老化和非级联相关的多尺度能量源相结合。
2008-06-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Three-dimensional plasmoid-mediated reconnection and turbulence in Hall magnetohydrodynamics
本文研究霍尔MHD中三维等离子体团介导重联，发现三维条件下单X线重联比二维更不易发生，且在特定Lundquist数和尺度比下可实现自生湍流重联，并分析了其能谱与各向异性特征。
2024-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Achieving Fast Reconnection in Resistive MHD Models via Turbulent Means
天体物理流体一般是湍流的，在建立适用于天体物理、太阳或日球环境的磁重联模型时，必须考虑这种湍流的存在。此外，重联本身会引起湍流，这对重联过程提供了重要的反馈。本文讨论了在电阻MHD近似下，磁重联加速的理论模型和数值证据。我们认为Lazarian和Vishniac湍流重联理论和Lapenta的数值实验证明的自发发病的湍流重联系统，最初是层流之间的关系。
2011-10-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Instabilities and Turbulence in Low-$β$ Guide Field Reconnection Exhausts with Kinetic Riemann Simulations
在低$β$，引导场重联排气中的湍流的作用进行了探讨，在二维重联和二维和三维黎曼模拟。排气和相关湍流的结构由排气边界处的一对旋转不连续性（RD）和由逆流离子束产生的一对慢激波（SS）控制。在2D的排气开发大振幅条纹在离子拉莫尔半径尺度，由电子束驱动的离子回旋波。驱动不稳定性的电子束从其中一个RD注入排气中。然而，在3D黎曼模拟中，额外的维度（在面外方向上）导致RD处的强布尼曼和电子-电子流不稳定性，其抑制电子束形成并因此抑制排气中的条纹。RD处的流动不稳定性的强度由电子热速度与阿尔文速度的比率控制，较低的热速度更不稳定。在3D模拟中，离子-离子流不稳定性用于部分热化SS处的逆流离子束。这种不稳定性受声速与阿尔文速度之比的控制，预计在低$β$日冕中是稳定的。结果表明，在引导场重联排气与$1 \gg β> m_e/m_i$，发展的动力学尺度的湍流将是太弱，在能量转换和粒子加速中发挥重要作用。因此，能量转换将主要由层流物理或多x线重联控制。
2019-10-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The impact of Alfvenic shear flow on magnetic reconnection and turbulence
本研究利用帕克太阳探测器数据，发现阿尔芬剪切流抑制磁重联触发，85%的重联事件发生在慢速非阿尔芬风中，并观察到重联时段磁场谱变陡，与湍流动力学相关。
2025-10-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Exploring the Statistics of Magnetic Reconnection X-points in Kinetic Particle-in-Cell (PIC) Turbulence
磁重联是湍流等离子体中普遍存在的现象。它是空间和天体物理等离子体的湍流动力学和加热的重要组成部分。我们研究统计的磁重联使用的磁矢量势，以前用于磁流体力学模拟，现在推广到完全动力学PIC模拟的定量本地分析。探讨了不同的方法，包括多种平滑技术，以减少粒子噪声的分析目的。我们发现，在德拜尺度上应用傅立叶滤波器是分析PIC数据的最佳选择。Finlay，我们发现一个更广泛的分布的归一化重连率相比，MHD的限制率高达0.5，但平均约0.1。
2017-06-15 physics.space-ph
Contribution of Magnetic Reconnection Events to Energy Dissipation in Magnetosheath Turbulence
通过对MMS磁鞘测量结果的分析，得到了电子尺度下磁重联（MR）事件对相干结构能量耗散贡献的统计结果。采用增量偏方差（PVI）方法在磁场数据中寻找相干结构。进一步选择了具有反转磁场分量的电流片结构。我们考虑以下标准来识别MR事件，如具有磁场反转的电流片、显著的能量耗散和明显的电子流出速度。从统计上看，对于大多数磁共振事件，其PVI值大于其他类型相干结构的PVI值，其能量耗散也比其他类型相干结构的强。然而，由于MR事件的相对小的比例，它们对相干结构的能量耗散的贡献相对微不足道。如果考虑非相干结构的耗散，MR事件对磁鞘能量耗散的贡献将较小，因此，MR事件虽然具有较强的局部耗散，但并不是磁鞘能量耗散的主要贡献者。在分析了非磁共振电流片的特征后，我们认为非磁共振电流片主要是动力学阿尔文涨落所固有的相干结构。
2020-10-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron-only magnetic reconnection in plasma turbulence
本文采用Hybrid-Vlasov-Maxwell方法模拟了在广义欧姆定律下考虑非线性电子惯性效应的磁化等离子体湍流。当波动能量被注入足够接近离子动力学尺度的尺度上时，离子有效地变得去磁，并且电子尺度的电流片在很大程度上主导了新兴电流结构的分布，与通常的情况相反，通常观察到完整的结构尺寸层次。这些电流片被证明是电子只重联（电子rec）的网站，其中通常的电子排气是不伴随离子流出，这是在定性协议与最近观察到的MMS在地球的湍流磁鞘，下游的弓激波。的电子-rec现象的一些功能被证明是一致的电子磁流体动力学的描述。模拟表明，这种制度的碰撞重联可能会发现在湍流系统中的等离子体过程，如微不稳定性和/或冲击，压倒更常见的湍流级联直接注入能量接近离子动力学尺度。
2020-07-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Local regimes of turbulence in 3D magnetic reconnection
当在自然中研究或在3D模拟中建模时，磁重联的过程与标准的2D范例卡通有一个关键的不同：它伴随着电磁场和等离子体特性的许多波动。我们开发了一种诊断方法来研究重连点周围各个区域的波动谱。我们定义的通量函数的局部值，确定的距离形成的重联网站，在流出和流入的负值正值的区域。我们发现，波动属于两个非常不同的制度取决于当地的等离子体β（定义为等离子体和磁压力的比率）。第一个政权的发展中的重联流出β是高的，其特征在于通过异常的粘度和电阻率导致动量和能量交换的等离子体和电磁波动之间的强联系。但是还有第二个低β区域：它在流入和分界面周围的区域中发展，包括重联电子扩散区域本身。值得注意的是，这种低β等离子体，其中磁压占主导地位，保持层流，即使电磁场是湍流。
2019-10-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Disruption of sheetlike structures in Alfvénic turbulence by magnetic reconnection
我们提出了一种机制，即强烈的，片状结构自然形成的动态对齐Alfvénic湍流被破坏的磁重联的规模$\hatλ_{\rm D}$，大于耗散规模预测的间歇性，动态对齐的湍流模型。重连过程分几个阶段进行：首先，具有$N$磁性岛的线性撕裂模式生长并饱和，然后这些岛之间的$X$点塌陷成次级电流片，然后重新连接，直到原始结构被破坏。这有效地对垂直平面内的结构的各向异性施加了上限，这意味着在尺度$\hatλ_{\rm D}$下湍流动力学改变：在大于$\hatλ_{\rm D}$的尺度上，湍流表现出尺度依赖的动态排列和近似等于$-3/2$的谱指数，而在小于$\hatλ_{\rm D}$的尺度上，湍流结构由于重连而经历连续的破裂，限制动态对准、使有效谱指数变陡以及改变最终耗散尺度。与伦德奎斯特（磁雷诺）数$S_{L_\perp}$的$\hatλ_{\rm D}$的缩放取决于统计的顺序被认为是，并在特定的模型的不稳定性，在能量谱的两个制度之间的过渡预测约为$\hatλ_{\rm D} \sim S_{L_\perp}^{-0.6}$。低于$\hatλ_{\rm D}$的光谱指数介于$-5/3$和$-2.3$之间。最终耗散尺度为$\hatλ_{η,\infty}\sim S_{L_\perp}^{-3/4}$，与不涉及尺度相关动态校准的湍流理论中出现的柯尔莫哥洛夫尺度相同。
2017-07-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Evidence of dual energy transfer driven by magnetic reconnection at sub-ion scales
针对亚离子尺度湍流能量转移机制，本文利用空间滤波技术分析高分辨率2D3V hybrid-Vlasov模拟，首次定量证实磁重联可触发向小尺度和大尺度的双重能量转移。
2024-08-05 physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent transport in 2D collisionless guide field reconnection
无碰撞等离子体中的输运通常被称为反常输运，这是由于粒子与自发湍流之间的相互作用。由于它的相关性，天体物理和空间等离子体，我们探讨了在电流片容易组件或导场重联，一个过程还没有得到很好的理解，湍流的激发。我们使用2.5D粒子在细胞（PiC）代码模拟分析的异常输运性质。我们分裂的平均，缓慢的变化（相对于快速湍流波动）的宏观观测，并确定的主要运输条款的广义欧姆定律。我们通过与独立确定的宏观电流的慢化率和湍流波动的一阶相关性获得的输运项进行比较来验证我们的发现。我们发现，湍流在导场重联的“低密度”分界线区域最为强烈。它是由流动不稳定性激发的，它主要是静电的，在空间中是“片状的”，因此是相关的准周期性异常输运。剩余的不可逆异常电阻率可以通过有效碰撞频率来参数化，有效碰撞频率范围从局部离子回旋到低混合频率。对由湍流平衡的缓慢变化的DC-电场的平行和垂直（对磁场）分量的贡献是相似的。然而，这种反常的电场比非对角压力项和欧姆定律的电子惯性项的贡献小。这一结果现在可以通过多航天器飞行任务MMS对地球磁层磁重联区域内和周围的湍流进行现场测量以及在MRX和VINETA-II等实验室实验中进行验证。
2017-02-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle Injection Problem in Magnetic Reconnection and Turbulence
本文综述磁重联与湍流中非热粒子注入（预加速）机制的最新进展，强调注入决定非热粒子比例与能量分配，并展望注入模型研究与应用。
2025-06-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
Magnetic Reconnection in Astrophysical Environments
磁重联是高导电流体中改变磁场拓扑结构的过程。传统上，磁重联大多与太阳耀斑有关。实际上，这一过程必然是普遍存在的，因为天体物理学中的流体是磁化的，流体元素的运动必然会导致磁力线中的磁冻结和磁重联的交叉。我们考虑了真实三维几何中存在湍流时的磁重联。在大多数天体物理环境中，这种湍流是预先存在的，但它也可以由磁重联本身引起。在这种情况下，湍流磁场漂移打开了重联流出区，使重联快速。本文讨论了Lazarian \& Vishniac（1999）湍流重联模型，它的数值和观测检验，以及它与现代对湍流拉格朗日性质的理解的联系。结果表明，重联率对MHD湍流水平的依赖性使得被普遍接受的Goldreich \& Sridhar（1995）湍流模型是自洽的。同样，我们认为，著名的阿尔文定理通量冻结是不正确的湍流流体，因此磁场扩散的湍流体积。这是磁场动力学的一个元素，以前的理论没有考虑到。例如，恒星形成理论的发展，假设它是唯一的漂移的中性粒子，可以违反否则完美的磁通冻结，受到影响，我们讨论的后果的湍流扩散的磁场介导的重联。
2014-07-23 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Particle acceleration in self-driven turbulent reconnection
本文通过高分辨率三维MHD模拟与试验粒子方法，首次证明自驱动湍流重联可使粒子在盒子尺度内能量提升约3个数量级，并形成斜率趋于-2.5的能谱。
2023-08-15 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Three-dimensional magnetic reconnection in particle-in-cell simulations of anisotropic plasma turbulence
我们使用3D完全动力学粒子模拟来研究磁重联的发生在各向异性反向传播的低频Alfvén波与临界平衡理论一致的衰减湍流的模拟。我们观察到的小规模的电流密度结构，如电流丝和电流片的形成，以及形成的磁通量绳的湍流级联的一部分。在模拟域中存在的大的磁结构保持初始各向异性，而湍流级联产生的小尺度结构的各向异性较小。为了量化我们的模拟域中重连的发生，我们开发了一套新的指标，基于强度阈值来识别重连事件，其中离子和电子都在3D粒子模拟中被加热和加速。根据这些指标的应用，我们确定了重联事件的发生在模拟域中，并详细分析了这些事件之一。这一事件与两条磁绳的重联有关，相关的离子和电子排气呈现出复杂的三维结构。我们研究了沿着经过重联区域附近和穿过重联区域的人造航天器轨迹记录的等离子体和磁场波动的分布。我们的研究结果表明，在太阳风的各向异性Alfvénic湍流级联产生的磁通量绳内的小尺度重联事件相关的粒子加热和加速的存在。这些事件与电流结构有关，电流结构的大小为几个离子惯性长度。
2021-03-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Disruption of Alfvénic turbulence by magnetic reconnection in a collisionless plasma
我们计算的破坏尺度$λ_{\rm D}$在动态对齐Alfvénic湍流的片状结构被破坏的磁重联在低$β$碰撞等离子体的发病。$λ_{\rm D}$的缩放取决于所考虑的统计的顺序，在更大的尺度上更密集的结构被破坏。主导能谱的结构的破坏尺度是$λ_{\rm D}\sim L_\perp^{1/9}(d_eρ_s)^{4/9}$，其中$d_e$是电子惯性尺度，$ρ_s$是离子声音尺度，而$L_\perp$是湍流的外部尺度。当$β_e$和$ρ_s/L_\perp$足够小时，尺度$λ_{\rm D}$大于$ρ_s$，并且在$λ_{\rm D}$而不是在$ρ_s$处的能谱中存在中断。我们提出，由破坏产生的波动是循环的通量绳，这可能已经在太阳风中观察到。我们预测这些结构的振幅和半径之间的关系，并量化的重要性的中断过程中的级联的未中断的结构的填充分数和分数减少的能量包含在它们中的离子声标度$ρ_s$。这两种组分都强烈依赖于$β_e$，在较低的$β_e$下，破坏的结构变得更加重要。最后，我们预测，$λ_{\rm D}$和$ρ_s$之间的能谱是陡峭的比$k_\perp^{-3}$，当这个范围存在。这种陡峭的“过渡范围”有时会在太阳风湍流的短时间间隔内观察到。因此，无碰撞磁重联的发生可能会显著影响离子陀螺仪周围等离子体湍流的性质。
2017-10-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Generation and Effects of Electromotive Force in Turbulent Stochastic Reconnection
重联是等离子体中控制磁能耗散和扩散的重要过程。已经很清楚，它的速率被湍流增强，重连本身可能会增加它的随机性，但连接这两种效应的主要机制仍然没有完全理解。这项工作的目的是确定，从电动势的条款，负责提高湍流等离子体中的重联率的主要物理过程。我们采用全三维数值模拟随机重联驱动的湍流和估计的生产和耗散的湍流能量和交叉螺旋度，产生的剩余螺旋度的量，并确定这些量和重联率之间的关系。我们观察到的电动势的发展，在所研究的模型与等离子体- $β= 0.1 - 2$和伦德奎斯特数$S=10^{-5}-10^{-4}$。湍流能量和剩余螺旋度在大尺度电流片中发展，后者降低了湍流磁扩散的影响。我们证明，随机重联，除了湍流，可以产生大量的交叉螺旋度以及。然而，交叉螺旋度湍流能量比与重联率没有相关性。我们表明，它足够大的值是不是一个必要条件快速重联发生。结果表明，交叉螺旋度是湍流场所固有的，但重联率的增强可能是由磁湍流扩散效应引起的，并受剩余螺旋度的控制.
2021-04-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Holes and Heating in the Reconnection Dissipation Region
利用粒子模拟和动力学理论，我们探讨了在三维磁重联与引导场的耗散区的电流驱动的湍流和相关的电子加热。在后期，湍流主要由Buneman不稳定性和低混杂不稳定性控制。两者都产生共存的电子空穴，但具有非常不同的传播速度。空穴对电子的散射增强了耗散区的电子加热。
2010-01-19 astro-ph.SR nlin.PS physics.plasm-ph
Reconnection-Driven Energy Cascade in Magnetohydrodynamic Turbulence
本文通过三维磁流体动力学模拟发现，磁重联将电流片破碎为等离子体团链，从而形成由等离子体团增长率控制的新型湍流能量级联，使能谱变陡至-2.2并改变涡旋各向异性。
2022-10-19 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Observation of Inertial-range Energy Cascade within a Reconnection Jet in Earth's Magnetotail
地球的磁尾区域为研究等离子体湍流提供了一个独特的环境。本文研究了地球磁尾区由磁重联产生的排气中的湍流。磁谱和速度谱显示对应于惯性范围的宽带波动，Kolmorogov $-5/3$标度，表明一个发达的湍流级联。我们研究的混合，三阶结构函数，并获得一个线性标度的惯性范围内。三阶结构函数的这种线性标度意味着在惯性范围内能量的标度不变级联。Politano-Pouquet三阶分析给出了$\sim 10^{7}~\mathrm{J\,kg^{-1}\,s^{-1}}$的不可压缩能量传递速率的估计。这是四个数量级高于通常在1 AU的太阳风测量值，这表明湍流级联起着重要的作用，在尾部区域的重连事件期间的能量耗散的途径。
2020-10-05 physics.flu-dyn physics.plasm-ph 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
