Compressible magnetohydrodynamic turbulence in the Earth's magnetosheath: estimation of the energy cascade rate using in situ spacecraft data
利用CLUSTER和THEMIS卫星观测数据和可压缩等温磁流体力学湍流的精确定律，首次估算了磁鞘湍流的能量级联率${|ε_C|}$。发现${|ε_C|}$的数量级为${10{^{-13}} J.m^{3}.s^{-1}}$，至少比它在太阳风中的值大两个数量级（在快风中为${10{^{-16}} J.m^{3}.s^{-1}}$）。两种类型的湍流被证明和示出的不可压缩的Alfvénic或magnetosonic-like波动占主导地位。密度波动放大的级联率和空间各向异性相比，不可压缩的Alfvénic湍流。此外，对于可压缩的磁声波动，大级联率被发现主要位于附近的线性动力学不稳定的镜像模式。证明了新的经验幂律，并将${|ε_C|}$与湍流马赫数和内能联系起来。这些新的发现在遥远的天体物理等离子体中具有潜在的应用，而这些等离子体无法进行原位测量。
2017-12-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Kinetic cascade beyond magnetohydrodynamics of solar wind turbulence in two-dimensional hybrid simulations
太阳风湍流的本质在耗散范围内的尺度远小于大的MHD尺度，仍然存在争议。在这里，二维模型的基础上的混合代码缩写为A.I.K.E.F.提出了一种将大质量离子视为服从动力学弗拉索夫方程的粒子，将无质量电子视为中性流体的方法。直到MHD区域中的某个波数，数值系统通过假设各向同性Alfvén波的叠加来初始化，其振幅遵循经验证实的Kolmogorov谱定律。然后湍流发展，能量级联进入色散光谱范围，在那里也发生耗散效应。在典型的太阳风条件下，弱湍流发展为动力学区域中简正模的叠加。平行于背景磁场方向的光谱分析揭示了左手阿尔文/离子回旋波级联到波矢量，在那里它们的共振吸收集，以及右手快模和哨声波的连续级联。Peradular的背景场，一个广泛的湍流谱被发现是建立了具有很强的压缩分量的波动。离子伯恩斯坦波似乎是可能的正常模式在这个传播方向较低的驱动振幅。还发现了短尺度压力平衡结构（非常倾斜的慢模波）的签名。
2012-02-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Von Karman-Howarth equation for Hall magnetohydrodynamics: Hybrid simulations
本文重新推导了均匀不可压Hall-MHD湍流的动力学矢量方程和类似于不可压MHD的三阶关联张量的精确标度律，并应用于二维等离子体湍流的混合模拟结果。在大（MHD）尺度的模拟表现出明确的惯性范围内的MHD动态法律是有效的。在亚离子范围内的级联继续通过霍尔项，但在不可压缩的霍尔MHD方程的框架中推导出的动力学定律仅在低等离子体β模拟。对于较高的β等离子体，级联速率在亚离子范围内降低，并且随着等离子体β的增加，变化变得更加明显。叶栅通量的这种中断可以归因于非热（动力学）特征或动力学方程中不包括在Hall-MHD不可压缩近似中的其他项。
2018-03-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spectral transfer and Kármán-Howarth-Monin equations for compressible Hall magnetohydrodynamics
我们推导了两种新形式的衰减可压缩霍尔磁流体动力学（MHD）湍流的Kármán-Howarth-Monin方程。我们测试他们的弱可压缩，二维，中等雷诺数霍尔MHD模拟的结果，并比较它们与各向同性频谱传输（ST）方程。由于边界条件的周期性，KHM和ST方程在整个模拟过程中自动满足，并具有互补的累积行为。它们在这里被用来分析湍流的开始及其充分发展时的性质。这些方法给出了等价的结果表征：在大尺度上的动能+磁能的衰减，MHD和霍尔跨尺度能量传递/级联，压力膨胀和耗散。当磁流体效应使能量接近离子惯性范围时，出现霍尔级联，并与重联电流片的形成有关。在稍后的时间，压力膨胀能量交换率在零附近振荡，当在其振荡的一段时间内平均时，对跨尺度能量转移没有净影响。一个减少的一维分析表明，所有这三种方法可能是有用的估计能量级联率从现场观测。
2021-04-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
In-situ observations of the three-dimensional energy cascade rate and Yaglom flux in the Earth's magnetosheath
本文利用LPDE技术处理MMS任务数据，解决了空间等离子体能量级联率测量中的三维性、尺度依赖性和各向异性等难题，实现了地球磁鞘中三维能量级联率与Yaglom通量的原位观测。
2024-10-21 physics.plasm-ph physics.space-ph
Alternative derivation of exact law for compressible and isothermal magnetohydrodynamics turbulence
导出了充分发展的均匀可压缩磁流体力学（CMHD）湍流的精确规律。对于等温等离子体，在没有各向同性假设的情况下，精确的定律被表示为等离子体速度场、可压缩Alfvén速度和标量密度的函数，而不是以前工作中使用的Elsässer变量。理论结果表明，四种不同类型的条款，涉及的非线性级联的总能量在惯性范围内。每个类别的详细检查，特别是那些可以写为源或通量条款。最后，背景磁场$B_0$的作用是突出和不可压缩MHD（IMHD）模型的比较进行了讨论。这一点在检验空间等离子体数值模拟和现场观测的精确定律时尤为重要。
2017-11-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Effects of Alfvénicity on the Compressible Energy Cascade in Magnetohydrodynamic Solar Wind Turbulence: Evidence from Parker Solar Probe, Solar Orbiter, and WIND observations
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学，理学院）；CONICET – Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA)（阿根廷国家科学研究委员会–布宜诺斯艾利斯大学，交叉与应用物理研究所）；Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校，物理系）；Department of Astronomy, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校，天文学系）；Planetary Magnetospheres Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心，行星磁层实验室）
本研究利用多航天器观测数据，发现阿尔芬性和风速调控太阳风湍流中可压缩与不可压缩能量级联的比值，并揭示速度涨落是级联速率的主要预测因子。
2026-10-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Imbalanced magnetohydrodynamic turbulence modified by velocity shear in the solar wind
本文研究了背景速度剪切下的不可压非平衡磁流体动力学湍流。使用标度参数，我们表明，湍流级联显着加速时，背景速度切变是强于次主导的Alfv% én波在注入尺度的速度切变。谱输运由背景切变而不是湍流切变控制，形成谱指数为$-1$的Tchen谱。该频谱从注入尺度延伸到次主导波切变等于背景切变的频谱突变尺度。估计的谱突变和功率谱与快速太阳风中的观测结果符合得很好。该机制有助于增强湍流级联和修改$-1$光谱中观察到的快速太阳风与强大的速度切变。这种机制也可以在许多其他天体物理环境中运行，其中湍流在非均匀等离子体流的顶部发展。
2016-10-22 astro-ph.SR physics.space-ph
Exact law for homogeneous compressible Hall magnetohydrodynamics turbulence
在不作各向同性假设的情况下，推导了三维均匀可压缩等温霍尔磁流体力学（CHMHD）湍流的精确定律。霍尔电流示出引入新的通量和源项，其作用在小尺度（可比或小于离子趋肤深度）以显著影响湍流动力学。新的法律提供了一个准确的手段来估计第一次的能量级联率在一个广泛的范围内的尺度覆盖的MHD惯性范围和亚离子色散范围的三维数值模拟和{ \it原位}航天器观测可压缩湍流。这项工作是特别相关的天体物理流动，其中小规模的密度波动不能被忽略，如太阳风，行星磁层和星际介质（ISM）。
2017-07-28 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar Wind Turbulence Around Mars: Relation Between The Energy Cascade Rate And The Proton Cyclotron Waves Activity
不可压缩的能量级联率在磁流体动力学（MHD）尺度的第一个估计是在等离子体上游的火星弓形激波，使用MAVEN观测和精确的关系推导出MHD湍流。能量级联率计算的事件与质子回旋波（PCW）活动，时间间隔时，MAVEN是在太阳风没有磁连接的弓激波。结果表明，当等离子体中存在PCW时，MHD尺度下的非线性能量级联被轻微放大。的归一化交叉螺旋度和剩余能量的湍流波动的分析表明，存在的Alfvénic和非Alfvénic波动的磁主导制度的大多数情况下。
2020-10-22 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Variability of the Incompressible Energy Cascade Rate in Solar Wind Turbulence Around Mars
我们提出了一个不可压缩的能量级联率在火星周围的太阳风的变化的统计分析，充分发展的湍流和超过五年的火星大气和挥发性演变（MAVEN）的观测使用一个确切的关系。利用磁场和等离子体数据，我们计算了原始太阳风中磁流体力学（MHD）尺度下的能量级联率。从我们的统计结果中，我们得出结论，不可压缩的能量级联率随着火星日心距离的增加而减少，对于三个探索火星年的每一个。此外，我们表明，质子回旋波的存在下，与扩展的火星氢散逸层，不具有显着的效果，在MHD尺度的非线性级联的能量。
2022-01-27 physics.space-ph
The Incompressible Magnetohydrodynamic Energy Cascade Rate Upstream of Mars: Effects of the Total Energy and the Cross-Helicity on Solar Wind Turbulence
本研究基于MAVEN五年数据，分析了火星上游太阳风湍流的不可压缩MHD能量串级率，发现波动处于磁主导状态且存在能量反向传输，并揭示了总能量与交叉螺旋度对串级率的影响。
2024-06-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Critical balance in magnetohydrodynamic, rotating and stratified turbulence: towards a universal scaling conjecture
提出临界平衡-线性传播和非线性相互作用时间尺度之间的尺度平衡-可以用作确定各向异性波系统中强湍流谱的通用标度猜想。磁流体动力学（MHD），旋转和分层湍流被认为是在这种假设下，特别是，一个新的和实验上可检验的能量级联方案和一组缩放的频谱提出了低Rossby数旋转湍流。有人认为，在中性流体中，临界平衡的各向异性级联提供了一个自然的路径，从强各向异性在大尺度上的各向同性Kolmogorov湍流在非常小的尺度。还有人认为，在最近的低Rossby数旋转湍流数值模拟中看到的kperp^{-2}谱可能类似于数值MHD湍流的kperp^{-3/2}谱，在这个意义上，它们可以通过假设波动近似地被极化（排列）为惯性波（MHD的Alfven波）来解释。
2011-06-04 astro-ph.GA astro-ph.SR nlin.CD
Passive Convection of Density Fluctuations in the Local Interstellar Medium
我们建立了一个各向同性、绝热、可压缩的磁流体动力学等离子体的三维模型，用来研究局部星际介质中密度涨落的非线性级联。我们的模拟，描述初始超音速，超Alfvénic等离子体模式的演变，表明非线性相互作用导致等离子体运动的阻尼。在此过程中，湍流叶栅主要由Alfvénic模式控制，速度场波动向具有近不可压缩性的状态发展。因此，密度场是被动平流的速度场。因此，我们的研究结果表明，所观察到的星际介质中的密度起伏是被动对流的背景速度场的结构。
2008-04-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fluid energy cascade rate and kinetic damping: new insight from 3D Landau-fluid simulations
使用不可压缩霍尔磁流体动力学（HMHD）湍流的精确定律，从三维HMHD-CGL（双绝热离子和等温电子）和朗道流体（LF）的数值模拟，具有不同强度的朗道阻尼在很宽的波数范围内，通常$0.05\lesssim k_\perp d_i \lesssim100$计算的能量级联率。使用三套跨尺度模拟，其中湍流在大，中，小尺度启动，在不同尺度的流体能量级联的能力进行测试，以“感测”的动力朗道阻尼。级联率估计从精确的法律和直接从模拟计算的耗散显示，以反映朗道阻尼耗散能量在所有尺度上的作用，重点是动力学的。这一结果为在动力学模拟和航天器观测中使用简化流体模型的精确定律分析耗散提供了新的前景，并为无碰撞磁化等离子体的理论描述提供了新的见解。
2021-10-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Wave Turbulence in Inertial Electron Magnetohydrodynamics
本文发展了一种在较强均匀外磁场$\boldsymbol{B_0} = B_0 \hat{\boldsymbol{e}}_\|$作用下的惯性电子磁流体力学（IEMHD）的波动湍流理论。这一制度是相关的尺度小于电子惯性长度$d_e$。我们推导了描述惯性哨声波或动力学阿尔文波之间的三波相互作用的动力学方程。我们发现，对于两个不变量，能量和动量，转移是各向异性的（轴对称），主要是在垂直方向（$\perp$）的直接级联$\boldsymbol{B_0}$。精确的固定的解决方案（Kolmogorov-Zakharov谱），我们证明了地方。我们还发现了Kolmogorov常数$C_K \simeq 8.474$。在最简单的情况下，该研究揭示了$k_\perp^{-5/2} k_\|^{-1/2}$中的能谱和受$k_\perp^{-3/2} k_\|^{-1/2}$中的能量动力学支配的动量谱。这些解对应于磁能谱$\sim k_\perp^{-9/2}$，它比在大于$d_e$的尺度上所作的EMHD预测更陡。最后，我们讨论的应用理论空间等离子体。
2022-09-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent Drag Reduction in Magnetohydrodynamic Turbulence and Dynamo from Energy Flux Perspectives
在这篇综述中，我们描述了湍流减阻在各种流动中使用的通用框架的能量通量。在具有稀聚合物和磁场的湍流中，在大尺度下注入的动能级联到中间尺度下的速度场，以及级联到所有尺度下的聚合物和磁场。因此，与纯流体动力学湍流相比，动能通量$ Π_u(k) $被抑制。我们认为，抑制$Π_u(k)$是一个重要因素，在减少的惯性力$\langle {\bf u \cdot \nabla u} \rangle$和\textit{turbulent drag}。在聚合物、磁流体动力学、准静态磁流体动力学、稳定分层湍流和发电机中观察到湍流减阻的这种特征。此外，它表明，湍流减阻热对流是由于光滑的热板，类似的湍流减阻的钝体。在所有这些流动中，湍流减阻常常导致流动中的强的大尺度速度。
2022-12-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Temporal Intermittency of Energy Dissipation in Magnetohydrodynamic Turbulence
磁流体动力学（MHD）湍流中的能量耗散在空间上是高度间歇性的，集中在片状相干结构中。人们对时间上的间歇性知之甚少，这是湍流的另一个基本方面，对于观察太阳耀斑和其他空间/天体物理现象具有重要意义。本文研究了MHD湍流数值模拟中能量耗散的时间不稳定性。我们认为四维时空结构，“耀斑事件”，负责大部分的能量耗散。我们发现，虽然耀斑事件往往是非常复杂的，他们表现出强大的幂律分布和标度关系。我们发现耗散能量的概率分布具有接近-1.75的幂律指数，类似于太阳耀斑的观测，表明强烈的耗散事件主导了系统的加热。我们还讨论了耀斑事件的时间不对称性作为湍流级联的签名。
2015-01-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
A Statistical Study of the Compressible Energy Cascade Rate in Solar Wind Turbulence: Parker Solar Probe Observations
利用 Parker Solar Probe 数据，研究发现在太阳风中靠近太阳时可压缩与不可压缩 MHD 能量级联率绝对值显著增加，且可压缩性增强会使等温和多方级联率高于不可压缩情况。
2023-11-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Transition from weak to strong cascade in MHD turbulence
在有引导场的磁流体动力学（MHD）湍流中，从大尺度到小尺度的弱湍流到强湍流的转变是各向异性湍流理论的基石。我们提出了这种转变的第一次检查，使用壳RMHD，它结合了壳模型的垂直非线性耦合和线性传播沿引导场。该模型允许我们达到$10^6$附近的雷诺数。我们获得了令人惊讶的良好的协议与理论预测，减少垂直能谱缩放为$k^{-2}$在大尺度和$k^{-5/3}$在小尺度，非线性和传播时间之间的临界平衡达到。然而，即使在强区域，在傅立叶空间的弱耦合区域中也发现高水平的激发，这是由于大涡旋的丰富频谱。一个推论是，减少平行光谱斜率是不是一个明确的测试的光谱各向异性，相反的标准信念。
2012-06-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent cascade and energy transfer rate in a solar coronal mass ejection
2012年7月6号风探测器探测到的日冕物质抛射（CME）之前、期间和之后的湍流特性进行了研究。研究了结构函数的幂律标度，提供了速度、磁场和密度涨落的功率谱密度和平坦度的信息。在前、尾太阳风以及CME鞘层和磁云中，证明了不可压缩各向同性磁流体动力学湍流的3阶矩标度律。这表明湍流在激波后可以充分发展，或者说鞘层和云区的湍流即使在与太阳风等离子体混合的过程中也能保持稳定。因此，在每个区域中评估湍流能量传递率12。CME鞘层显示出能量转移率的增加，正如13从较低水平的阿尔夫维尼克波动中预期的那样，并表明激波-风相互作用作为14湍流级联的额外能量来源。
2021-10-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Scalings of intermittent structures in magnetohydrodynamic turbulence
湍流在等离子体中无处不在，导致了以不规则性、不可逆性、跨许多尺度的能量波动和跨许多尺度的能量传递为特征的丰富的动力学。湍流的另一个基本和普遍的特征是能量在空间和时间上的不均匀耗散，尽管有时被忽视。这是由湍流级联中的波动引起的尺度相关的动力学不均匀性的结果。间歇性导致湍流等离子体自组织成相干耗散结构，这可能会控制加热，扩散，粒子加速和辐射发射。本文介绍了在强引导场作用下不可压磁流体动力学湍流中磁不稳定性研究的最新进展。我们专注于间歇性耗散结构的统计分析，它占据了体积的一小部分，但可以说占了大部分的能量耗散。我们表明，在我们的数值模拟中，在电流密度，涡度和Elsässer涡度的间歇结构都具有几乎相同的统计特性。我们提出了基于Elsässer涡度结构的一般考虑的标度的唯象解释。最后，我们研究了天体物理系统的更广泛的影响。
2016-02-17 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-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
Role of the Plasmoid Instability in Magnetohydrodynamic Turbulence
演化电流片中的等离子体团不稳定性由于其对电流片的破裂、等离子体团的形成以及由此产生的快速磁重联的影响而被广泛研究。在这封信中，我们研究的作用，等离子体团不稳定性的二维磁流体动力学（MHD）湍流的高分辨率直接数值模拟。在足够大的磁雷诺数（$R_m=10^6$），动态对准和湍流的共同作用导致大量的强电流片的等离子体团的形成。电流片结构的破坏促进了能量向小尺度的级联，导致能谱的断裂和陡峭化。在等离子体团介导的制度，能谱显示的缩放，是接近的光谱指数$-2.2$提出的最近的分析理论。我们还证明了二维MHD湍流中存在尺度相关的动态对准，对应的对准角的斜率接近0.25。
2018-09-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Mind the Gap: Nonlocal Cascades and Preferential Heating in High-$β$ Alfvénic Turbulence
本文研究高β阿尔芬湍流中非局域级联如何跨越非传播谱隙使能量到达小尺度，并给出修正的质子-电子加热比函数，发现非局域效应会抑制局域模型预测的质子加热增强。
2024-02-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Small-amplitude Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence Modulated by Collisionless Damping in Earth's Magnetosheath: Observation Matches Theory
本研究利用Cluster卫星数据首次观测证实无碰撞阻尼调制地球磁鞘中小振幅可压缩MHD湍流，分解三种模式并揭示其对各向异性的影响，观测与理论相符。
2024-02-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Energy Cascade Rate In Compressible Fast And Slow Solar Wind Turbulence
对太阳风湍流惯性范围内的能量级联率的估算，目前大多是在不可压缩磁流体力学（MHD）理论下进行的。在这里，我们超越了近似，包括等离子体压缩性使用一个简化的形式最近推导出的精确的法律可压缩，等温MHD湍流。利用THEMIS/ARTEMIS航天器在快速和慢速太阳风中的现场数据，我们详细研究了可压缩波动在修正不可压缩MHD模型预测的能量级联率方面的作用。特别是，我们发现，能量级联率：i）放大，特别是在缓慢的太阳风; ii）表现出较弱的波动，在空间尺度上，这导致一个更广泛的惯性范围比以前报道的; iii）具有幂律缩放与湍流马赫数; iv）具有较低的空间各向异性水平。太阳风湍流的其他功能进行了讨论，以及与以前的研究，使用不可压缩或启发式（非精确）可压缩MHD模型的比较。
2016-12-07 astro-ph.SR physics.space-ph
Strategies for determining the cascade rate in MHD turbulence: isotropy, anisotropy, and spacecraft sampling
用于评估级联率的“精确”定律，追溯到Kolmogorov "4/5“定律，已经被扩展到许多感兴趣的系统，包括磁流体动力学（MHD），以及磁流体和普通流体类型的可压缩流动。应当理解，实施方式可能受到可用数据的数量和湍流对称性的缺乏的限制。评估这种"三阶“（或Yaglom）关系的准确性和可行性最有效的方法是检查增量形式的冯·卡曼-豪沃思方程，这是一个框架，三阶定律是从这个框架中导出的渐近近似。使用这种方法，我们研究的内容不可压缩MHD的三阶法律的一些细节。最简单的版本依赖于各向同性的假设和存在一个定义良好的惯性范围，而相关的程序将相同的想法推广到任意旋转对称。从这些法律的基础上几个采样和拟合策略的耗散率获得正确和准确的值的条件进行了研究，使用模拟结果。我们解决的问题是特别相关的采样太阳风湍流的一个或多个航天器。
2022-09-02 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Incompressive Energy Transfer in the Earth's Magnetosheath: Magnetospheric Multiscale Observations
使用观测数据从\emph{Magnetospheric Multiscale}（MMS）任务在地球的磁鞘，我们估计的能量级联率使用不同的技术在不可压缩磁流体动力学（MHD）湍流的框架内。在含能标度下，能量收支受冯·卡门衰减定律控制。通过对混合三阶结构函数拟合线性标度估计惯性距离级联。最后，我们使用多航天器技术来估计Kolmogorov-Yaglom-like级联率的动力学范围内，远低于离子惯性长度尺度。我们发现，在含能尺度下，惯性射程级联率几乎等于冯卡门定律所预言的级联率，而在动力学尺度下估算的级联率则略低，与理论~ \citep{Yang2017PoP}的预期一致。此外，与最近的研究~ \citep{Hadid2018PRL}一致，我们发现地球磁鞘中的不可压缩级联率比原始太阳风中的级联率大$1000$倍。
2018-08-30 physics.space-ph
Investigating the effects of numerical algorithms on global magnetohydrodynamics (MHD) simulations of solar wind in the inner heliosphere
本文利用sunRunner3D模型研究了不同数值算法扩散水平对内日球层太阳风MHD模拟的影响，发现模型能独立于算法选择再现CIRs全球特征，且高扩散方法更匹配实地观测数据。
2024-01-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy dynamics and current sheet structure in fluid and kinetic simulations of decaying magnetohydrodynamic turbulence
用流体和动力学程序对衰减磁流体动力学（MHD）湍流进行了模拟。初始条件是长波长、反向传播的剪切阿尔芬波的集合，它们相互作用并迅速产生强MHD湍流。总能量守恒和湍流能量衰减率是非常相似的两个代码，虽然流体代码有数值耗散，而动力代码有动力耗散。惯性距离功率谱指数在两个代码中是相似的。流体代码显示垂直波数谱斜率为$k_{\perp}^{-1.3}$。动力学代码示出了用于较小模拟域的$k_{\perp}^{-1.5}$的谱斜率，以及用于较大域的$k_{\perp}^{-1.3}$的谱斜率。我们估计，无碰撞阻尼机制的动力学代码可以解释所观察到的非线性能量级联的耗散。对当前图纸进行几何特征化。它们的长度和宽度在两个代码之间是很好的协议。长度与湍流的驱动尺度成线性比例。在流体代码中，它们的厚度由网格分辨率确定，因为没有显式扩散率。在动力学代码中，它们的厚度非常接近趋肤深度，而与网格分辨率无关。这项工作表明，动力学代码可以再现MHD惯性范围内的动态在大尺度上，而在同一时间捕获重要的动力学物理在小尺度上。
2015-06-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Temporal Properties of the Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence
针对可压缩MHD湍流时间特性这一未解问题，本研究提出三种MHD模色散关系的洛伦兹展宽可解释其频谱特征，揭示了展宽宽度与波数的标度关系及与能量级联的关联，为该领域研究提供新视角。
2023-10-05 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Energy Cascade and Damping in Fast-Mode Compressible Turbulence
该研究利用高分辨率动力学模拟证明，强非线性可压缩湍流在相位陡化产生激波时仍保持能量级联，且MHD尺度阻尼符合渡越时间阻尼理论。
2025-09-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Inverse cascade behavior in freely decaying two-dimensional fluid turbulence
我们给出了空间分辨率为2048^2个网格点的50次二维流体动力学湍流集合和4096^2个网格点的10次集合的结果。每个集合中的所有运行具有相同的初始积分尺度、能量、涡度拟能和雷诺数的随机初始条件。当进行系综平均和时间平均时，即使在没有外部机械强迫的情况下，也能观察到逆能量级联行为：在大于气流特征尺度的尺度上，能谱遵循k^（-5/3）定律，具有负通量，在较小尺度上遵循k^（-3）定律，具有正涡度拟能通量。这种行为的能量来源于t=0时含能标度周围的模态能量。这些结果揭示了衰减和强迫湍流之间的联系，以及最近在二维和磁流体动力学湍流实验研究中的争议。
2013-02-13 nlin.AO physics.ao-ph physics.flu-dyn
The Alfvenic nature of energy transfer mediation in localized, strongly nonlinear Alfven wavepacket collisions
在空间和天体物理等离子体中，剧烈事件或不稳定性将能量注入大尺度的湍流运动。湍流波动之间的非线性相互作用将能量级联到小的垂直尺度，在该尺度下能量最终转化为等离子体热。以前的工作与不可压缩磁流体动力学（MHD）方程已经表明，这种湍流能量级联是由反向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用驱动的-也称为阿尔芬波碰撞。弱碰撞等离子体湍流的直接数值模拟，使更深入地了解湍流级联能量的非线性相互作用的本质。在本文中，我们直接比较了四种情况：在弱和强非线性极限下的周期和局域阿尔芬波碰撞。我们的研究结果表明，在更现实的情况下，本地阿尔芬波碰撞（而不是周期性的情况下），所有非线性产生的波动阿尔芬波，介导的非线性能量转移到较小的垂直尺度。
2017-12-23 physics.space-ph
Relaxation Processes in Solar Wind Turbulence
基于整体守恒原理，磁流体力学（MHD）弛豫理论预测存在几个平衡，如泰勒状态或整体动态排列。这些状态通常被视为非常长的时间和大规模的平衡，它只出现在湍流级联终止后。正如流体力学和最近的MHD数值模拟所建议的那样，在湍流级联期间可能会发生松弛过程，这将表现为局部补丁的平衡样配置。使用多航天器分析技术与集群数据相结合，我们计算的电流密度和流动涡度，并首次证明，这些本地化的弛豫事件中观察到的太阳风。这样的事件对等离子体湍流的统计有重要的影响。
2014-06-16 astro-ph.SR physics.space-ph
