A linear model for inertial modes in a differentially rotating Sun
针对太阳高方位阶惯性模偏离薄壳Rossby-Haurwitz模型的问题，本研究通过谱特征值求解器计算较差自转下的太阳惯性模谱，发现观测模可能对应更高n的解，且本征函数位置与观测存在差异，为太阳内部研究提供新视角。
2023-08-24 astro-ph.SR
Theory of solar oscillations in the inertial frequency range: Linear modes of the convection zone
一方面，在太阳上观测到了几种全球尺度的惯性振荡模式。它们包括赤道Rossby模、临界纬度模和高纬度模。另一方面，柱状对流模式（通过模拟预测;也称为香蕉细胞或热Rossby波）仍然难以捉摸。我们的目标是调查的湍流扩散系数，非绝热层结，差分旋转，和纬度熵梯度的旋转太阳对流区的线性全球模式的影响。本文用数值方法求解了球壳内旋转可压缩流体的本征模。我们确定模式的惯性频率范围内，包括柱状对流模式，以及模式的混合字符。计算了方位阶数$m \leq 16$对应的模色散关系和本征函数。三个主要结果如下。首先，我们发现，对于$m \gtrsim 5$，没有径向节点的赤道Rossby模式（$n=0$）的径向依赖性从根本上改变了传统的期望（$r^m$）的湍流扩散率$\gtrsim 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$。其次，我们发现混合模式，即模式的赤道Rossby模式与一个径向节点（$n=1$）和柱状对流模式的共享属性。第三，我们证明了模式中的$m=1$高纬模态与太阳观测结果是一致的，当包含对应于热成风平衡的纬向熵梯度时（斜压不稳定模态）。据我们所知，这项工作是第一个现实的旋转太阳对流区的全球模式的本征值计算。这种计算揭示了惯性频率范围内丰富的模式谱，可以直接与观测结果进行比较。反过来，观测到的模式可以告诉我们太阳对流区。
2022-03-08 astro-ph.SR
Effects of Magnetic Fields on Solar Inertial Modes in Global Nonlinear Simulations
Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）；Royal Observatory of Belgium（比利时皇家天文台）；High Altitude Observatory, NSF National Center for Atmospheric Research（美国国家科学基金会国家大气研究中心高海拔天文台）；National Center for Atmospheric Research（国家大气研究中心）
本研究通过全球非线性MHD模拟发现，磁场拓扑和空间分布（而非仅场强）决定太阳惯性模的激发与频率，弱磁场增强高纬度模，强磁场可激发赤道磁罗斯贝模。
2026-10-08 astro-ph.SR
Probing Depth Variations of Solar Inertial Modes through Normal Mode Coupling
本研究利用SDO/HMI的8年观测数据，通过简正模耦合方法探测太阳惯性模的深度变化特征，明确了Rossby模的探测深度、振幅分布及纬向本征函数的偏差来源，为研究太阳内部动力学提供新途径。
2024-03-13 astro-ph.SR
Simulations of the onset and dynamical evolution of inertial waves in solar/stellar interior
Universidade Federal de Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）；Observatório Nacional（国家天文台）；Royal Observatory of Belgium（比利时皇家天文台）；High Altitude Observatory, NSF National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心高空观测站）；National Center for Atmospheric Research（美国国家大气研究中心）
研究通过数值模拟探讨太阳和恒星内部惯性波的激发机制及动力学影响，发现巴克林不稳定性和不同剪切幅度下的对流层旋转对惯性波起始和非线性演化有显著作用。
2026-03-21 astro-ph.SR
Temporal variations of solar inertial mode parameters from GONG (2002-2024) and HMI (2010-2024): Rossby modes ($3 \leq m \leq 16 $) and $m=1$ high-latitude mode
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系统研究所）；National Solar Observatory（美国国家太阳天文台）；Institut für Astrophysik und Geophysik, Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学天体物理与地球物理研究所）；Center for Astrophysics and Space Science, NYUAD Institute, New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校天体物理学与空间科学中心）；LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université, CNRS（巴黎天文台拉伊尔实验室（隶属于巴黎文理研究大学、索邦大学、巴黎西岱大学、塞吉-蓬图瓦兹大学及法国国家科学研究中心））
研究利用GONG和HMI数据，分析太阳惯性模参数的时变特性，发现其频率和功率随太阳活动周期变化，但不同模型和周期间存在差异。
2026-07-24 astro-ph.SR
Theory of solar oscillations in the inertial frequency range: Amplitudes of equatorial modes from a nonlinear rotating convection simulation
在太阳上已经探测到几种类型的惯性模式。这些惯性模式的特性已在线性区域进行了研究，但尚未在太阳旋转对流的非线性模拟中进行研究。比较非线性模拟、线性理论和太阳观测结果对于更好地理解模型与真实太阳之间的差异非常重要。我们希望检测和表征太阳对流的非线性数值模拟中存在的模式，特别是要了解的振幅和寿命的模式。我们开发了一个阴阳网格的程序，对球壳中的旋转对流进行了全非线性数值模拟。在0.96R以下，层结与太阳层结相似。模拟涵盖了大约15个太阳年的时间。从模拟中提取了低频下的各种大尺度模式。他们的特点进行比较，从线性模型和观察。在其他模式中，赤道Rossby模式和柱状对流模式都出现在模拟中。柱状对流模态包含了切向圆柱外的大部分速度功率，并对热量和角动量输运做出了重要贡献。还发现了无径向节点的赤道Rossby模（n = 0）：它们具有与线性本征函数相同的空间结构。它们是由对流随机激发的，振幅为几m/s，模线宽约为20 - 30 nHz，与太阳上观察到的相当。我们还证实了混合模式之间的赤道Rossby模式和柱状对流模式在我们的非线性模拟的存在，预测的线性本征模分析。在我们的非线性模拟中，我们也看到了m = 1的高纬度模式，但它的振幅比在太阳上观察到的要弱得多。
2022-08-23 astro-ph.SR
Oscillations of the solar photospheric magnetic field caused by the m = 1 high-latitude inertial mode
本研究利用HMI和GONG的长期磁图序列，检测到地球参考系中高纬度（65°--70°）存在频率为338 nHz的周期性磁场振荡，其特征与m=1高纬度惯性模一致，为该模式的光球磁场响应提供观测证据。
2025-10-01 astro-ph.SR
Interaction of solar inertial modes with turbulent convection. A 2D model for the excitation of linearly stable modes
本文提出一个二维模型，研究太阳惯性模如何被湍流对流随机激发，并生成合成功率谱，发现模振幅与观测一致，但高方位角阶数下模重叠使谱难以分离。
2023-04-12 astro-ph.SR
Viscous inertial modes on a differentially rotating sphere: Comparison with solar observations
在以前的文章中，我们研究了纬度旋转对太阳赤道Rossby模的影响。从那时起，在太阳上观测到了丰富的惯性模谱，这不仅限于赤道Rossby模，还包括高纬度模。在这里，我们扩展计算的环形模式在二维球面几何形状，使用现实的太阳能差分旋转，包括粘性阻尼。目的是比较计算的模式谱与观测和模式稳定性研究。在固定的半径，我们解决了本征值问题的数值使用球谐分解的速度流函数。由于粘性临界层的存在，谱由四个不同的族组成：Rossby模式，高纬度模式，临界纬度模式和强阻尼模式。对于每个纵向波数m<4，球体上存在多达三个Rossby样模，与赤道β平面相反，赤道β平面仅存在赤道Rossby模。模型中阻尼最小的模式具有与观察到的模式相似的本征频率和本征函数;当半径取在对流区的下半部分时，比较得到改善。当半径大于0.75 R且埃克曼数E<10^{-4}时，至少有一个模是不稳定的。对于m=1或m=2，当Ekman数的径向依赖性遵循淬灭扩散率模型（E=2）时，多达两个Rossby模式是不稳定的。10^{-5}在对流区底部）。当m=3时，最多有两个Rossby模是不稳定的，包括赤道Rossby模。虽然这里讨论的2D模型是高度简化的，但环形模式的光谱似乎包括许多观测到的太阳惯性模式。模型中的自激模式的频率接近于具有最大振幅的观测模式的频率。
2022-04-28 astro-ph.SR
Effects of the radiative interior on solar inertial modes
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系统研究所）；Institut für Astrophysik und Geophysik, Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学天体物理与地球物理研究所）
研究太阳惯性模与辐射内部的耦合效应，发现辐射区轻微改变频率和表面特征，但高频率模在对流区下穿透并影响增长速率和形态。
2026-04-12 astro-ph.SR
On the ion-inertial range density power spectra in solar wind turbulence
本文提出了一种与模型无关的第一原理一阶方法，研究了在1天文单位的太阳风离子惯性范围内湍流密度功率谱的形状。在准中性等离子体的离子惯性范围内的去磁离子通过与速度湍流相关的随机均方感应电场的频谱响应于Kolmogorov（K）或Iroshnikov-Kraichnan（IK）惯性范围速度湍流功率谱。维持电准中性的离子引起的湍流密度波动的功率谱密度的变形。太阳风速度湍流中的Kolmogorov惯性范围谱和密度功率谱的观测表明，偶尔观察到的密度功率谱中的尺度限制的颠簸可以追溯到电离子响应。磁功率谱对密度谱的反应是通过破坏压力平衡来实现的。这种方法仍然忽略霍尔电流的贡献，并限于离子惯性范围尺度。虽然在离子惯性尺度的影响范围内的密度和磁湍流谱偏离Kolmogorov或Iroshnikov-Kraichnan，速度湍流保持其惯性范围的形状在这个过程中，光谱平流原来是次要的，但可能成为观察到的特殊外部条件下。分析了WIND观测到的一个个例。我们讨论了这种效应的各个方面，包括受影响的波数尺度范围，依赖于平均流速和波数之间的角度，并为径向膨胀的太阳风流时，假设绝热膨胀在快速太阳风的速度和帕克依赖的太阳风磁场的半径，也可推测的限制湍流源区的径向位置。
2019-02-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Inferring solar differential rotation and viscosity via passive imaging with inertial waves
本研究提出了一种利用太阳表面惯性波的交叉协方差观测，通过求解正演与反演问题来重建太阳内部粘性和较差自转的被动成像方法。
2024-03-22 astro-ph.SR cs.NA math.NA
Wave propagation and transmission in a rotating solar-type star
本文通过含科里奥利力的线性扰动模拟，揭示旋转如何改变类太阳恒星对流区、辐射区及界面处声波、重力波和惯性波的能量传输，并增强重力－惯性波透射。
2025-05-13 astro-ph.SR
Emergence of two inertial sub-ranges in solar wind turbulence: dependence on heliospheric distance and solar activity
本文通过分析太阳极小期和极大期的太阳风磁场谱与峰度标度律，发现极小期快速太阳风惯性区间存在$f^{-3/2}$和$f^{-5/3}$两个子区间，其拐点尺度随日球层距离演化并与湍流外尺度和离子尺度相关，而极大期该结构不普遍存在。
2025-02-08 astro-ph.SR 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
GRID-SITES: Gridded Solar Iterative Temperature Emission Solver for Fast DEM Inversion
太阳能数据集的规模不断增加，需要高效和强大的分析方法。本文提出了一种方法，可以提高差分排放测量（DEM）反演的计算效率的数量级或更高，与效率因子的输入数据集的大小增加。该方法名为网格太阳迭代温度发射求解器（Grid-SITES），其基础是根据像素在多个通道中的强度相似性对其进行分组，并每组求解一个DEM。这被证明是一个有效的方法，给定足够高的数量的网格箱为每个通道。与一般测量和校准不确定度相比，输入数据量化所产生的不确定度增加很小。在本文中，我们使用太阳能迭代温度排放求解器（SITES）作为DEM反演的核心方法，虽然Grid-SITES提供了一个通用的框架，可用于任何DEM反演方法，或任何大型多维数据反演问题。该方法对于处理较大的图像特别有效，对于1000万像素的图像，速度提高了30倍。对于观测的时间序列，网格化结果可以顺序地传递到每个新图像，并根据需要添加新的填充箱。该过程导致每个新图像的效率增加，其中$\approx$ 100的效率增加的潜力取决于图像的大小。
2019-09-09 astro-ph.SR
Tidal dissipation due to inertial waves can explain the circularization periods of solar-type binaries
潮汐耗散是使太阳型近距离双星的轨道圆化和自旋同步的原因，但其机制尚未完全了解。以前的工作表明，理论预测的潮汐耗散率的显着增强需要解释观察到的圆化周期（$P_\mathrm{circ}$）在各种恒星星族，和他们的演化与年龄。这部分是基于一种普遍的信念，即太阳型恒星中潮汐耗散的主要机制是对流包络中作用于平衡潮汐的湍流粘性。本文研究了自转太阳型恒星演化过程中对流区和辐射区的潮汐耗散。我们研究平衡潮汐耗散，将一个依赖于频率的有效粘度的动机，最新的流体动力学模拟，和惯性波（动力潮汐）耗散，采用频率平均的形式主义，占现实结构的明星。我们证明，所观察到的二元循环周期可以解释的惯性波（动力潮）耗散对流信封。这种机制在主序列前阶段特别有效，但如果自旋接近同步，它也会在主序列上运行。预测的$P_\mathrm{circ}$，由于这种机制的增加与主序年龄符合的意见。我们还表明，平衡潮汐和内部重力波耗散不太可能解释所观察到的$P_\mathrm{circ}$，即使在主序前，根据我们目前对这些机制的最佳理解。最后，我们主张更现实的动力学研究的恒星星族，采用潮汐耗散由于惯性波。
2022-03-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Inertial-range Turbulence Anisotropy of the Young Solar Wind from Different Source Regions
本文利用帕克太阳探测器前19次相遇数据，研究了来自冕洞、流带和低马赫数边界层的年轻太阳风惯性区湍流各向异性，发现0.3 au以内slab涨落比1 au处更丰富，且方差各向异性随质子等离子体β变化。
2025-07-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Identification of inertial modes in the solar convection zone
对太阳中的全球声波（p模式）的观测是揭示其内部结构和动力学的关键。一种不同类型的波，被称为部门Rossby模式，已被观察和识别，这可能打开大门，以探测内部过程，是无法通过p模式日震学。另一组波，出现逆行传播，赤道反对称涡波，也被观察到，但他们的识别仍然难以捉摸。在这里，通过一个数值模型实施的特征值问题，我们提供的证据支持这些波的识别为一类惯性本征模式，不同的Rossby模式类，径向速度相当于水平的对流区深处，但仍然很小的水平速度相比，对表面。我们还建议，在最近的观测数据中可能存在的Tesseral-like Rossby模式的签名。
2022-07-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Power and spectral index anisotropy of the entire inertial range of turbulence in the fast solar wind
我们测量的功率和光谱指数的各向异性的高速太阳风湍流的尺度大于外尺度下降到离子gyroscale，从而覆盖整个惯性范围。我们表明，在湍流的外尺度的功率和谱指数近似各向同性。湍流级联在较小尺度下导致功率各向异性，表现为频谱的各向异性标度：接近局部磁场的k^{-5/3}和k^{-2}，与临界平衡的Alfvenic湍流一致。通过使用在不同的径向距离从太阳的数据，我们表明，惯性范围的宽度不随日心距离的变化，并解释这一点，通过计算的径向依赖性的比例外尺度的离子陀螺仪。在最小尺度的惯性范围内，接近离子陀螺仪，我们发现平行于磁场方向的功率增强与垂直功率的减少相一致。这很可能与离子动力学模式的能量注入有关，如消防水龙带不稳定性，也标志着太阳风湍流耗散范围的开始。
2010-02-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Conductivity spectrum and dispersion relation in solar wind turbulence
本文从电动力学的观点讨论了太阳风中的磁湍流。这可以基于将所有湍流动力学归因于湍流传导率谱的坡印廷定理的使用来完成。对于两个方向的传播的湍流起伏的电磁场相对于平均加外部磁场的湍流耗散谱的表达式被构造。使用太阳风观测的电磁功率谱密度的惯性子范围，然后允许确定的电导率谱，耗散响应函数，在这个范围内。它要求观测完整的电磁频谱能量密度，包括电功率频谱密度。得到了太阳风惯性范围磁湍流的耗散响应函数和色散关系。色散关系表明空间尺度随频率增加而衰减，为泰勒假设的使用提供了独立的支持。耗散函数表示在惯性范围内的湍流电阻率的近似散粒噪声谱，表明在惯性范围内逐步形成结构，暗示存在离散模式湍流和非线性共振。
2017-01-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Characterizing the Observational Properties of the Sun's High-latitude m=1 Inertial Mode
本研究通过分析时间-距离地下流图，刻画了太阳高纬度 m=1 惯性模式的功率分布、相位和相速度等观测特征，发现其功率与太阳活动反相关且差动自转弱于周围等离子体，为理解太阳内部动力学提供了新见解。
2025-06-24 astro-ph.SR
SITES: Solar Iterative Temperature Emission Solver for differential emission measure inversion of EUV observations
极紫外（EUV）图像的光学薄的太阳日冕在多个光谱通道提供信息的发射作为温度的函数，通过差分发射测量（DEM）反演。本文的目的是描述，测试和应用一种新的DEM方法命名为太阳迭代温度辐射求解器（SITES）。该方法通过根据测量的温度响应函数直接重新分配跨温度的观测强度来创建初始DEM估计，并通过计算强度残差来迭代地改进该估计。它是简单的概念和实现，是非主观的意义上，没有事先的约束，放置在解决方案以外的积极性和平滑度，并可以处理一千DEM每秒在一个标准的台式计算机。在大气成像组件（AIA）合成数据的测试中，所得到的DEM很好地复制了模型DEM。同样的测试表明，SITES在非常窄的DEM峰值上的表现不太好，在AIA观测的情况下，不应用于~0.5MK以下的温度诊断。SITES反演的精度与其他两种已建立的方法进行了比较。介绍了一种简单而强大的新方法来可视化DEM地图，基于分数排放措施（FEM）。应用于一组AIA全磁盘图像，SITES方法和有限元可视化显示非常有效地在不同的大尺度日冕结构的某些温度制度的主导地位。该方法可以很容易地适用于任何多通道观测光学薄等离子体，并鉴于其简单性和效率，将有利于处理大型现有和未来的数据集。
2019-08-21 astro-ph.SR
Toward Realistic Solar Flare Models: An explicit Particle-In-Cell solver in the DISPATCH framework
本研究在DISPATCH框架内开发了显式Particle-In-Cell求解器，通过求解Vlasov-Maxwell方程模拟日冕小尺度动力学过程，为未来构建混合PIC-MHD太阳耀斑模拟器奠定基础。
2024-09-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A Universal Law for Solar-Wind Turbulence at Electron Scales
行星际磁涨落谱在质子惯性长度和回旋半径以上的尺度上服从柯尔莫哥洛夫幂律，这是一个惯性范围。在这些尺度之下，经常测量$-2.5$附近的幂律指数，并将其与非线性色散过程相关联。最近的观测揭示了在电子惯性长度以下的尺度上的第三个区域。这个区域的特征在于一个陡峭的频谱，有些人称之为耗散范围。我们调查这一范围内的尺度在电子磁流体动力学近似，并推导出一个确切的和普遍的法律为三阶结构函数。这一定律可以预言一个指数为$-11/3$的磁涨落谱，它与观测到的最小尺度谱一致。我们得出结论的可能存在的第三个湍流制度的太阳风，而不是最近假设的耗散范围。
2010-08-20 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Coronal Heating: Role of Kinetic and Inertial Alfvén Waves in Heating and Charged Particle Acceleration
本文利用广义Vlasov-Maxwell动理学框架研究动理学与惯性阿尔芬波对日冕加热和粒子加速的贡献，揭示坡印廷通量、电势及共振速度随温度比和电子惯性长度的变化规律，并量化了两种波通过磁通环管输运的功率。
2025-05-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The radial variation of the solar wind turbulence spectra near the kinetic break scale from Parker Solar Probe measurements
在这项研究中，我们研究的惯性和耗散范围指数的径向依赖性，以及分离的惯性和耗散范围的行星际磁场波动的功率密度谱的光谱中断使用{ \it帕克太阳探测器}数据从第五次太阳相遇之间的$\sim$ 0.1和$\sim$ 0.7 au。推导出的破裂波数比较合理，以及与以前的估计在较大的径向距离，是一致的热质子的Alfvénic波动的陀螺共振阻尼。我们发现惯性标度幂律指数在大约-1.65和-1.45之间变化。这与Kolmogorov（-5/3）或Iroshnikov-Kraichnan（-3/2）值一致，具有非常弱的径向依赖性，可能暗示光谱变得更陡峭更接近太阳。然而，耗散范围幂律指数明显依赖于径向距离（和湍流年龄），从0.7天文单位（4天）附近的-3下降到0.1天文单位（0.75天）附近的-4 [ $\pm$ 0.3]。
2022-12-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Inertial range magnetic fluctuation anisotropy observed from PSP first seven orbits
太阳风湍流相对于平均磁场是各向异性的。在解释太阳风中的现场湍流观测时，各向异性会导致模糊不清，因为测量中的明显变化可能是由于固有湍流特性的变化，也可能是由于航天器采样方向的简单变化。我们证明了模糊性使用的光谱指数和磁压缩性在惯性范围内观察到的帕克太阳探测器在其前七个轨道从0.1到0.6 AU。为了解开采样方向的影响，我们评估波矢各向异性是否与二维（2D）加平板湍流传输模型一致，并确定在2D与平板组件的功率的分数。我们的研究结果证实，2D加板模型与数据是一致的，2D和板组件之间的功率比取决于径向距离，在2D波动的相对功率变得更小接近太阳。
2021-12-03 astro-ph.SR physics.space-ph
First models of s process in AGB stars of solar metallicity for the stellar evolutionary code ATON with a novel stable explicit numerical solver
目的。我们描述的第一个S-过程后处理模型的渐近巨星分支（AGB）恒星的质量为3，4和5 M在太阳金属丰度（Z=0.018）计算使用输入恒星演化代码aton。方法.该模型计算与新的代码snuppat（S-过程核合成后处理代码的aton），包括对流过冲，导致形成的主要中子源，13 C的平流计划。每个模型都使用3个不同的自由过冲参数值进行后处理。包括在代码snuppat是新颖的帕坦卡-欧拉-德夫哈德显式数值求解器，我们用来解决微分方程的核网络系统。结果的结果进行比较，从其他的S-过程核合成代码（莫纳什，水果，和NuGrid），以及在AGB星，行星状星云，钡星的S-过程增强的观测。这种比较表明，相对较高的丰度的12 C在富氦层间的aton的结果，在作为过程的丰度模式，有利于第二个超过第一个s-过程的峰值，为所有的群众探索。此外，我们选择的对流，而不是扩散的数值方案的对流过冲的结果在显着的过程核合成也为5 M模式，这可能是与观测相矛盾。
2021-10-15 astro-ph.SR
Radial flow component of Sun's high frequency retrograde inertial waves
本研究分析约13年的HMI/SDO数据，发现太阳近表层与高频逆行（HFR）惯性模相关的水平散度信号，验证了数值模型预测，为太阳深层探测提供了新观测依据。
2025-03-19 astro-ph.SR
On the Existence of the Kolmogorov Inertial Range in the Terrestrial Magnetosheath Turbulence
在太阳风中，磁场波动的功率谱密度（PSD）在惯性范围内通常遵循所谓的柯尔莫哥洛夫谱f^-5/3，在惯性范围内，动力学被认为是由反向传播的不可压缩阿尔文波群之间的非线性相互作用主导的。这些特征被认为在空间等离子体中普遍存在。本研究给出了一个新的和更复杂的图片磁流体动力学（MHD）湍流中观察到的地球磁鞘。该研究使用来自星团任务的三年原位数据，以探索磁鞘内不同位置（包括侧翼和太阳下区域）MHD尺度的磁波动性质。研究发现，在MHD尺度下，磁场波动的功率谱密度（PSD）一般都接近f^-1（比柯尔莫哥洛夫功率谱密度（PSD）的f^-5/3要浅），直到离子特征尺度，这让人想起了太阳风湍流的能量包含尺度。Kolmogorov谱仅在17%的分析时间间隔内从弓形激波向侧翼和磁层顶区域观察到。测量的磁压缩性，它表明，只有一小部分（35%）的观测到的柯尔莫哥洛夫谱填充剪切阿尔夫维尼奇波动，而大多数的事件（65%）被发现占主导地位的可压缩磁声类波动，这与众所周知的湍流性质的太阳风。这项研究首次全面介绍了f^-1的起源和向柯尔莫哥洛夫惯性范围的过渡;这两个问题在太阳风湍流中仍然存在争议。
2016-12-28 astro-ph.SR physics.space-ph
On the scaling and anisotropy of two subranges in the inertial range of solar wind turbulence
本研究通过分析Ulysses和PSP的太阳风观测数据，发现湍流惯性区存在两个具有不同间歇性、各向异性与标度特征的子区间，揭示了强弱湍流转变的可能性，为太阳风湍流理论提供了观测约束。
2022-09-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Subproton-scale Intermittency in Near-Sun Solar Wind Turbulence Observed by the Parker Solar Probe
利用高时间分辨率的太阳风磁场数据，研究了帕克太阳探测器任务第一近日点（~35.6 Rs）附近的磁感应强度的统计特征。采用FIELDS套件上的两种仪器的合并数据集能够对磁场增量的高阶矩进行宽带估计，并以可靠的精度建立了五阶矩。的持续时间，节奏，和低噪声水平的数据允许从惯性范围到深亚质子尺度的尺度依赖性的观察到的不稳定性的评估。结果支持多重分形标度在惯性范围内，单分形，但非高斯标度在亚质子范围内，从而澄清了建议的基础上的数据仍然模糊，由于可能的干扰地球前震。过渡到单分形的物理学仍然不清楚，但我们认为这是由于离子和电子惯性尺度之间的电流片的尺度不变的人口;不相干的动力学尺度波活动的先前建议是不赞成的，因为它可能会导致未观察到的再高斯化。
2021-03-19 astro-ph.SR physics.geo-ph physics.plasm-ph
Doppler velocity of $m=1$ high-latitude inertial mode over the last five sunspot cycles
本文利用MWO、GONG和HMI跨越五个太阳活动周的多普勒数据，研究了m=1高纬惯性模的长期演化，发现其振幅与太阳黑子数和60°纬度自转速率显著反相关，频率呈长期下降趋势，为理解高纬模与较差自转及磁活动的相互作用提供了关键观测依据。
2025-01-10 astro-ph.SR
Linking Fluid and Kinetic Scales in Solar Wind Turbulence
我们调查之间的大尺度和小尺度的太阳风波动的频率突破分离流体和动力学制度的功能可能存在的联系。其目的是关联的磁场波动极化在耗散尺度与特定状态的湍流内的惯性范围内的波动。我们发现，在惯性范围内的动力学制度和流体参数的每种类型的极化之间的明确的相关性。此外，第一次在文献中，我们表明，左手和右手的极化波动占据不同领域的等离子体不稳定性的温度各向异性图，如预期的Alfv $\acute{\textrm{e}}$ n离子回旋加速器和动力学Alfv $\acute{\textrm{e}}$ n波，分别。
2016-12-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Intermittency in the Expanding Solar Wind: Observations from Parker Solar Probe (0.16au), Helios 1 (0.3-1au), and Voyager 1 (1-10au)
我们研究统计的磁场矢量分量，探讨如何从近太阳等离子体的径向距离大到10 au的不稳定性演变。进入分析的统计数据包括自相关、n阶磁结构函数（SFn）和尺度相关峰度（SDK），每个都在日心距离范围内分组。戈达德太空飞行中心的空间物理学数据设施（SPDF）提供了磁场测量，帕克太阳探测器的分辨率为6.8毫秒，太阳神号为6秒，旅行者1号为1.92秒。我们计算SF 2以确定包含惯性范围的尺度，并检查SDK以调查非高斯性程度。自相关用于解决相关尺度。相关长度和离子惯性长度提供有效雷诺数（Re）的估计。Re的变化使我们能够第一次研究行星际等离子体中SDK和Re之间的关系。从这种观察到的关系得出的结论是，在固定的物理尺度下，具有较低Re的区域平均具有较低的峰度，这意味着较少的间歇性行为。将Kolmogorov改进的相似性假设应用于磁SFn和峰度，以计算惯性范围内的非线性参数和分形标度。一个完善的旅行者1号磁场数据集生成。
2022-02-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear evolution of unstable solar inertial modes: The case of viscous modes on a differentially rotating sphere
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系统研究所）；Institut für Astrophysik und Geophysik, Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学天体物理与地球物理研究所）；Center for Astrophysics and Space Science, NYUAD Institute, New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校天体物理学与空间科学中心）；Department of Mechanical Engineering, King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学机械工程系）
研究太阳高纬度惯性模在差异旋转球体上的非线性演化，揭示超临界Hopf分支点及饱和振幅与Ekman数的关系，表明雷诺应力对纬向差异旋转的平滑作用。
2026-03-09 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Cut-off wavenumber of Alfven waves in partially ionized plasmas of the solar atmosphere
太阳大气部分电离等离子体中的阿尔芬波动力学表明，确实存在一个截止波数，即波数高于截止值的阿尔芬波是倏逝波。截止波数出现在单流体磁流体力学（MHD）的近似，但它是在多流体的方法缺席。截止波数的存在至今仍没有一个合理的解释。本文的目的是指出在单流体磁流体动力学中出现截止波数的原因。从三流体方程（电子，质子和中性氢原子）开始，我们进行连续近似，直到我们得到通常的单流体描述。我们求解了线性阿尔芬波在每一步的色散关系，并寻求了截止波数出现的近似。我们已经发现，忽略惯性项显着减少阿尔芬频率的实部，虽然它永远不会成为零。因此，截止波数在此阶段不存在。然而，当惯性项和霍尔项一起在感应方程中被忽略时，阿尔芬频率的实部变为零。在研究太阳大气部分电离区的阿尔芬波时，出现了截止波数，这是忽略惯性项和霍尔项的结果，没有物理根源。
2012-07-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Three dimensional particle-in-cell simulation of particle acceleration by circularly polarised inertial Alfven waves in a transversely inhomogeneous plasma
采用三维粒子模拟方法研究了横向非均匀等离子体中左旋圆极化惯性阿尔芬波（IAW）加速粒子的过程。一个圆柱形的管，横向的背景磁场，离子惯性长度的顺序的不均匀性尺度被认为是IAWs与频率$0.3 ω_{ci}$发射，被允许开发三个波长。结果，在密度梯度区域中产生随时间变化的平行电场，其在平行于磁场的方向上加速电子。IAWs的驱动垂直电场也在横向方向上加热离子。这样的数值设置是相关的太阳耀斑环和地球极光区。这第一，3D，全动力学模拟演示了在密度不均匀区域中，沿着磁场的电子加速效率，为45%的顺序和离子加热，在横向于磁场方向，为75%。后者比以前的2.5维类似研究高两倍，并且与太阳耀斑粒子加速观测结果一致。我们发现，所产生的平行电场是本地化的密度不均匀性区域，并在相同的方向上旋转，并具有相同的角频率作为最初发射IAW。我们的数值模拟似乎也表明，“膝盖”经常发现的太阳耀斑电子光谱可以解释为朗道阻尼（切伦科夫共振效应）的IAWs由于波粒相互作用。
2012-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The relative prevalence of wave-packets and coherent structures in the inertial and kinetic ranges of turbulence as seen by Solar Orbiter
本研究利用 Solar Orbiter 观测和 Db10、Haar 小波逐尺度分解磁场涨落，揭示太阳风湍流惯性区以波包为主、动力学区以相干结构为主，并刻画二者交叉尺度。
2024-06-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Dynamics of solar large-scale flows
本文综述了太阳大尺度流（较差自转和子午环流）的动力学机制，回顾了日震学观测与超级计算机模拟的进展，并探讨了与惯性振荡模式相关的流及未来待解决的问题。
2023-10-26 astro-ph.SR
Enhanced Phase Mixing of Torsional Alfvén Waves in Stratified and Divergent Solar Coronal Structures, Paper II: Nonlinear Simulations
我们使用MHD模拟检测扭转阿尔文波传播的非线性效应的潜在磁场与指数发散的磁力线，嵌入在一个分层的太阳日冕。在论文I中，我们考虑了扭转阿尔文波传播的线性化控制方程的解，并使用我们开发的名为WiggleWave的有限差分求解器表明，在某些情况下，波阻尼比我们的解析解预测的要强。在本文中，我们考虑是否阻尼将进一步增强的非线性效应的存在。我们首先推导出扭转阿尔芬波传播的非线性控制方程，并确定引起磁声扰动耦合的项。然后，我们将名为Lare3d的MHD求解器的模拟输出与WiggleWave的输出进行比较，以检测非线性效应，例如：通过阿尔文波激发磁声波，通过耦合到感应磁声波的阿尔文波的自相互作用，以及由于这些压缩扰动的陡化而在大气层更高处形成激波。我们认为，这些非线性效应的存在下，在太阳日冕将导致阿尔文波加热，超出了预期的相位混合单独。
2022-01-07 astro-ph.SR
Particle acceleration by circularly and elliptically polarised dispersive Alfven waves in a transversely inhomogeneous plasma in the inertial and kinetic regimes
色散阿尔芬波（DW）提供了一种替代磁重联的加速太阳耀斑粒子的机会。我们研究了在不同的惯性和动力学制度下，L-，R-，圆形和椭圆形的偏振对粒子加速效率的影响。我们使用2.5D PIC模拟来研究当由太阳耀斑触发的耀斑在模拟日冕环的横向非均匀等离子体中传播时，粒子是如何被加速的。(i)在惯性状态下，在密度梯度区域中，当磁共振产生3个波长时，加速电子（沿磁场）的分数约为20%，当磁共振产生13个波长时，加速电子的分数约为30%。在所有考虑的情况下，离子在横向于磁场方向上被加热，并且加热的粒子的分数为~ 35%。(ii)R-圆形、L-和R-椭圆偏振的DW的情况，其中在不可重叠横向方向上的电场超过在可重叠方向上的电场的数倍，在可重叠方向上产生更明显的平行电子束和横向离子束。在惯性状态下，这种极化产生约20%的加速电子。在动力学状态下，这增加到~ 35%。(iii)在密度不均匀区域中产生的平行电场与m_i/m_e无关，并且超过Dreicer值8个数量级。(iv)电子束速度具有电子束的相速度。因此，电子加速是通过朗道阻尼的DW。对于0.3c的阿尔芬速度，所考虑的机制可以将电子加速到大约20 keV的能量。(v)质量比从m_i/m_e=16增加到73.44，加速电子的分数从20%增加到30-35%（取决于极化）。当质量比m_i/m_e=1836时，被加速的电子所占的比例大于35%。
2011-08-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spectral Slope Variation at Proton Scales from Fast to Slow Solar Wind
我们研究了行星际磁场波动在质子尺度上的光谱斜率的行为，选择高分辨率的时间间隔从风和信使号航天器在$1$ AU和$0.56$ AU，分别。分析是在高速气流的剖面内进行的，从快速风区移动到慢速风区。谱斜率显示出$-3.75$和$-1.75$之间的较大变化性，并且在这两种状态之间逐渐过渡之后，该参数在速度较高的后缘内变得更陡，并且在随后的较慢的风内变得更平坦。谱指数的值似乎完全取决于惯性范围内波动的功率，功率越高，斜率越陡。我们的结果支持以前的分析表明，必须有一些响应的耗散机制的能量传递率沿惯性范围的水平。
2014-08-20 astro-ph.SR physics.space-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
Formal Solutions for Polarized Radiative Transfer. IV. Numerical Performances in Practical Problems
可靠和精确的斯托克斯廓线的数值计算在太阳物理学中具有重要意义。在综合过程中，许多演员发挥相关的作用：其中正式求解，离散大气模型，和谱线。本文针对不同的谱线和大气模式，测试了不同数值格式在偏振光谱合成中的性能。正式求解器之间的层次结构强制执行，强调高阶和低阶正式求解器的特殊性。对于特定情况，定量描述了达到给定精度要求所需的网格点密度。
2018-09-18 astro-ph.SR
The Independence of Magnetic Turbulent Power Spectra to the Presence of Switchbacks in the Inner Heliosphere
本文利用帕克太阳探针数据研究折返结构对太阳风磁湍流功率谱的影响，发现折返结构偏转角不会显著增加惯性区或动力学尺度的波动功率，表明其与湍流级联耦合较弱，对太阳风加热贡献有限。
2024-04-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
3D Modeling of Solar Oscillations with Hybridizable Discontinuous Galerkin Method
本文提出了一种基于混合不连续伽辽金方法的三维求解器，用于模拟太阳振荡，以考虑三维不均匀性对地震数据解释的影响。
2025-11-27 astro-ph.SR math-ph math.AP
Arbitrary-order Hilbert spectral analysis and intermittency in solar wind density fluctuations
本文用任意阶希尔伯特谱分析方法研究了惯性和动力学范围的太阳风湍流特性，并将其应用于高分辨率密度测量。由于样本量小，以及存在强非平稳行为和大尺度结构，经典的结构函数分析无法检测惯性范围内的幂律行为，并且可能低估标度指数。然而，希尔伯特谱方法提供了一个最佳的估计的标度指数，这已被发现是接近那些在充分发展的流体动力学湍流的速度波动。在较小的尺度下，质子陀螺标度以下，系统失去其间歇性的多尺度特性，并收敛到一个单分形过程。在小尺度下得到的标度指数与经典的分数布朗运动的标度指数吻合得很好，表明该过程具有长期记忆性，并且在谱突变尺度附近不存在相关性.这些结果对太阳风中的动力学范围湍流模型提供了重要的约束。
2018-04-06 astro-ph.SR physics.data-an physics.flu-dyn
Solar wind magnetic turbulence: Inferences from spectral shape
从理论上解释了太阳风湍流谱斜率的理论、数值和观测测定之间的某些差异。在太阳风磁湍流和磁流体动力学模拟中湍流Kolmogorov斜率的计算显示出微小的差异。这些被用来推断熵产生的湍流级联和推断的异常湍流碰撞频率的耗散范围内，以及平均能量输入太阳风湍流。获得了v < 200 Hz量级的异常湍流碰撞频率。相应的固定太阳风磁能输入到磁湍流中的Kolmogorov惯性范围内得到的数量级为50 eV/s。讨论了它的热命运。
2016-02-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Magnetic field spectral evolution in the inner heliosphere
利用帕克太阳探测器和太阳轨道器的观测资料，研究了$0.06 ~ \lesssim R ~\lesssim 1$ au.光谱作为尺度的函数进行研究，归一化到离子惯性尺度$d_{i}$。在太阳附近，惯性范围被限制在一个狭窄的尺度范围内，并表现出幂律指数，$α_{B} = -3/2$，独立于等离子体参数。惯性范围随着距离的增加而增加，逐渐扩展到更大的空间尺度，同时朝向$α_{B} =-5/3$缩放而变陡。据观察，光谱的间隔与大的磁能过剩和低Alfvénic内容显着陡峭的距离，在高度Alfvénic间隔，保留其近太阳标度。在较慢的气流中出现较陡的光谱可能是由于观测到的太阳风速度和阿尔夫维尼度之间的正相关。
2022-12-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Linear and Non-Linear Landau Resonance of Kinetic Alfvén Waves: Consequences for Electron Distribution and Wave Spectrum in the Solar Wind
研究了太阳风中的动力学Alfven波湍流，结果表明非麦克斯韦电子分布函数对太阳风等离子体动力学有重要影响。线性朗道阻尼导致平行电子分布函数中的平台的形成，其显著减小朗道阻尼率。波的非线性散射等离子体粒子被推广到短波长，它被发现，对于太阳风参数，这种散射是占主导地位的过程相比，三波衰减和合并的波矢量范围。合并这些影响导致陡峭的频谱之间的惯性和耗散范围的频谱指数在2和3之间。该区域可以被标记为散射范围。在太阳风等离子体中已经观察到这种陡峭化。
2010-08-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Plasma beta dependence of the ion-scale spectral break of solar wind turbulence: high-resolution 2D hybrid simulations
利用二维高分辨率混合粒子模拟方法研究了太阳风湍流离子尺度谱突变的性质。我们施加一个初始的环境磁场垂直于模拟箱，并添加一个频谱的平面内，大规模的，磁和动力学波动。我们进行了一组模拟与不同的等离子体β值，分布在三个数量级，从0.01到10。在所有情况下，一旦湍流完全发展，我们观察到大尺度（惯性范围内）波动磁场的幂律谱，其谱指数接近-5/3，而在亚离子范围内，我们观察到另一个幂律谱，其谱指数随$β$系统地变化（从小值的-3.6左右到大值的-2.9左右）。这两个范围由离子尺度周围的光谱中断分开。发现发生这种转变的长度尺度与离子惯性长度$d_i$（对于$β\ll 1$）和离子回旋半径$ρ_i = d_i\sqrtβ$（对于$β\gg 1$）成比例，即，在两个极端的状态下，两个尺度之间的较大值。对于中间情况，即，$β\sim 1$是两种量表的组合。我们推断经验关系的依赖性的频谱中断$β$，提供了一个很好的适合在整个范围内的值。我们比较了我们的结果与现场观测的太阳风，并提出了可能的解释这样的行为。
2016-10-17 astro-ph.SR physics.space-ph
