MHD Turbulence
综述了MHD湍流理论和数值实验的研究现状及其在天体物理和太阳科学中的应用。本文介绍了研究湍流的常用工具、基本湍流模型、MHD方程及其波动模式。随后，我们涵盖了Alfvenic湍流，不平衡湍流，小尺度发电机和模型的理论和数值计算超声速MHD湍流。
2019-10-08 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
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
Lagrangian Statistics of Navier-Stokes- and MHD-Turbulence
我们报告的高分辨率数值模拟的拉格朗日粒子平流不可压缩湍流水和磁流体动力学（MHD）流的比较。在Navier-Stokes情况下，数值模拟使用了多达$1024^3$配置点和1000万个粒子，在MHD情况下，使用了多达$512^3$配置点和100万个粒子。在流体动力学的情况下，我们的研究结果与最近的实验从Mordant等人。[1]和Xu等人。[2]。它们与Biferale等人的模拟不同。[3]由于用于评估结构函数所选择的范围的差异。在Navier-Stokes湍流中，不稳定性比[3]中的多重分形方法预测的要强，而在MHD湍流中，多重分形方法的预测比我们模拟中观察到的更间歇。此外，我们的模拟表明，拉格朗日Navier-Stokes湍流是更间歇性比MHD湍流，而在欧拉的情况下，情况正好相反。这些发现不能一致地描述的多重分形模型。关键的一点是，耗散结构的几何形状有不同的含义拉格朗日和欧拉的不连续性。应用多重分形方法对加速度PDF进行建模，对于Navier-Stokes情况效果很好，但在MHD情况下，只对尾部进行了很好的描述。
2007-02-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Strong magnetohydrodynamic turbulence with cross helicity
磁流体力学（MHD）提供了最简单的描述磁等离子体湍流在各种天体物理和实验室系统。具有非零交叉螺旋度的MHD湍流通常被称为不平衡的，因为它意味着平行和反平行于背景场传播的阿尔文波动的能量不相等。最近的分析和数值研究表明，在每一个尺度上，MHD湍流由正负交叉螺旋度区域组成，表明这种湍流本质上是局部不平衡的。本文给出了稳态不可压MHD湍流的高分辨率数值模拟结果。有人认为，沿相反方向运动的涨落能谱（E^+和E^-）的惯性范围标度与交叉螺旋度的大小无关。当交叉螺旋度不为零时，E^+和E^-保持相同的标度，但振幅不同，这取决于交叉螺旋度的大小。
2010-04-21 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Spacetime Hall-MHD turbulence at sub-ion scales: structures or waves?
利用快速迭代滤波技术研究了中等等离子体$β=2$中二维霍尔-磁流体动力学湍流的时空特性。结果表明，在亚离子尺度的磁能集中在扰动频率小于离子回旋（IC）的频率和偏振特性是不兼容的动力学阿尔文波（KAWs）和IC波。在更高的频率，我们清楚地确定了哨声波和KAWs的签名，但他们的能量贡献的磁功率谱是可以忽略不计的。我们的结论是，在亚离子尺度的二维霍尔-MHD湍流的动力学主要是由本地化的间歇结构，没有显着的贡献的波动。
2021-07-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
An Intermittent Model for the $1/f$ Spectrum in the Pristine Solar Wind
本文基于帕克太阳探测器数据研究太阳风湍流 $1/f$ 频段的能量级联率，发现其呈 $1/τ$ 依赖关系，并提出新的间歇性模型解释该标度行为，为理解太阳风能量输运提供新见解。
2025-06-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Modeling imbalanced collisionless Alfvén wave turbulence with nonlinear diffusion equations
利用傅立叶空间中的一对非线性扩散方程研究了从磁流体到电子尺度的强阿尔芬波湍流动力学。特别注意的是，在太阳风（SW）中，特别是在相对靠近太阳的区域中，通常观察到的反向传播波的能量之间的不平衡状态。在无碰撞制度的色散效应产生的规模相当于或大于那些耗散成为有效的，由一个给定的广义交叉螺旋度（GCH），这是一个不变的注入率产生的不平衡，是远远大于在相应的碰撞制度所描述的通常（或减少）磁流体力学。高不平衡和离子朗道阻尼的综合效应导致了亚离子尺度下横向磁场的陡峭能谱。该光谱与西南部高阿尔文区域（如后缘）的观测结果一致，但并不采取过渡范围的形式，该过渡范围在较小尺度上由较浅的光谱继续。这表明，所观察到的光谱显示这样的过渡的结果，从叠加的贡献来自不同程度的不平衡的各种流。此外，当在已经充分发展的湍流中以小尺度补充不平衡的能量注入时，例如在磁重联的作用下，观察到所有尺度的不平衡的显著增强。
2019-12-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
MHD Turbulence, Turbulent Dynamo and Applications
MHD湍流在许多空间物理和天体物理环境中很常见。本文首先讨论了不可压MHD湍流的性质。导电性良好的流体在一个称为小规模发电机的过程中放大了初始磁场。低于动能和磁能的均分尺度，谱是陡峭的（Kolmogorov-5/3），并以临界平衡的强MHD湍流为代表。本文介绍了普遍非线性小尺度发电机的基本原理和MHD湍流的惯性范围。在高分辨率直接数值模拟中，我们测量了小尺度发电机$C_E=0.05$、Kolmogorov常数$C_K=4.2$和各向异性常数$C_A=0.63$对MHD湍流的效率。我们还讨论了所谓的不平衡或交叉螺旋MHD湍流，这是相关的许多对象，最突出的是在太阳风。结果表明，不可压缩MHD湍流的性质与可压缩湍流中MHD叶栅Alfvénic部分的性质相似。级联的其他部分根据其自身的动态发展。慢模式由Alfvénic模式级联，而快模式创建独立的级联。我们发现，不同的方式分解成Alfvén，慢，快模式的可压缩MHD湍流提供一致的结果，不仅是有用的理解湍流级联，但其与快速粒子的相互作用。
2014-06-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Universal small-scale structure in turbulence driven by magnetorotational instability
在许多天体物理等离子体中，湍流的间歇性小尺度结构控制着能量耗散，并且通常被认为对足够大的系统具有普适性。在这项工作中，我们认为，小尺度湍流在吸积盘是普遍的，在这个意义上，它是不敏感的磁旋转不稳定性（MRI）和背景剪切，因此，在小尺度上与标准的均匀磁流体动力学（MHD）湍流难以区分。本文研究了剪切盒中磁共振驱动的不可压缩MHD湍流的电流密度、涡量和能量耗散的不稳定性。我们发现，模拟表现出类似程度的不稳定性，在标准的MHD湍流。我们对间歇性耗散结构进行了统计分析，发现能量耗散集中在薄片状结构中，这种结构跨越了大范围的尺度，直到盒子的大小。我们发现，这些结构表现出惊人的相似的统计特性，在标准的MHD湍流。此外，这些结构以大约17.5度的特征倾斜在环形方向上取向，这意味着在该方向上的有效引导场。
2017-02-09 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Analysis of Magnetohydrodynamic Perturbations in Radial-field Solar Wind from Parker Solar Probe Observations
我们报告了2018年10月31日至11月12日使用帕克太阳探测器航天器数据对低\b{eta}径向场太阳风中亚阿尔夫文磁流体动力学（MHD）扰动的分析。利用奇异值分解方法计算波矢，将MHD扰动分解为三种线性本征模（Alfvén模、快模和慢模），以探讨亚Alfvénic扰动的性质以及可压缩扰动在太阳风加热中的作用.在径向场太阳风中，MHD扰动显示出高度的阿尔文性，阿尔文模式的能量占主导地位（~45%-83%），快模式（~16%-43%）和慢模式（~1%-19%）。我们对2018年11月10日的代表性事件进行了详细分析。观测结果表明，快模式占主导地位的磁压缩，而慢模式占主导地位的密度压缩。可压缩模式的能量阻尼率与加热率相当，这表明可压缩模式的无碰撞阻尼对太阳风加热可能是重要的。这些结果对进一步研究太阳附近的不平衡湍流和低\b{eta}等离子体中MHD尺度下可压缩模可能的加热效应具有重要意义。
2021-10-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Discontinuities in Magnetohydrodynamic Turbulence and in the Solar Wind
最近对太阳风湍流的测量报告指出，在磁场中存在间歇性的、指数分布的角度不连续性。在这封信中，我们研究这种不连续性是否可以产生的磁流体动力学（MHD）湍流。我们检测的不连续性，通过测量的波动的磁场方向，Δ θ，通过固定的空间增量Δ x在直接数值模拟的MHD湍流与施加均匀的引导场B_0。发现δ θ的概率密度函数（pdf）的一个大区域遵循指数衰减，与exp（-δ θ/θ_*）成比例，对于宽范围的导场强度，特征角θ_*~（14 deg）（b_rms/B_0）^0.65。我们发现，在太阳风中观察到的不连续性可以通过合理的b_rms/B_0比的MHD湍流再现。我们还观察到一个多余的小角度的不连续性时，Δ x变小，可能表明耗散尺度结构的统计意义越来越大。在这种情况下，pdf的结构非常类似于太阳风中的两种群pdf。因此，我们建议，强的不连续性与惯性范围内的MHD湍流，而弱的不连续性出现近耗散范围内的湍流。此外，我们发现磁场方向的结构函数呈现出反常的标度指数，这表明间歇结构的存在。
2012-04-19 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
The Eulerian space-time correlation of strong Magnetohydrodynamic Turbulence
通过对约化磁流体动力学（MHD）湍流的直接数值模拟和唯象模拟，研究了强磁化等离子体中MHD湍流的欧拉时空关联。从模拟中得出两个新的重要结果：1）在平衡和不平衡湍流中，每个尺度上反向传播的Alfvénic波动在时间上以相同的速率去相关; 2）去相关速率的波数标度与含能量尺度的波动速度对小尺度结构的纯流体动力学扫描一致。在Bourouaine和Perez 2019（BP 19）引入的最新唯象MHD模型的背景下，当限制在强湍流状态时，提出了对模拟结果的解释。该模型预测，两个时间的功率谱表现出一个普遍的，自相似的行为，这是完全由随机速度的概率分布函数的能量范围内。理解时空湍流相关性的尺度依赖性时间演化及其相关的普遍性质对于分析和解释航天器观测至关重要，例如最近发射的帕克太阳探测器（PSP）。
2020-04-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical theory of intermittency in a multi-scale model of MHD and micro-turbulence
传统上，MHD不稳定性和微观不稳定性对等离子体约束的影响是分开研究的。然而，这两种不稳定性往往同时发生，在广泛的空间尺度上的动态重叠。因此，通过适当的多尺度建模来一致地纳入这些不稳定性是至关重要的。此外，有压倒性的证据表明，热量和粒子的整体传输受到相干结构引起的不稳定性（或突发事件）的显著影响。因此，在等离子体约束的一个关键问题是预测的概率分布函数（PDF）的运输由于这些结构和它们的形成。在本文中，我们研究了多尺度模型中的间歇输运，一致地将撕裂不稳定性和微观不稳定性，由于压力梯度。
2009-07-06 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Embedded coherent structures from MHD to sub-ion scales in turbulent solar wind at 0.17 au
本研究利用帕克太阳探测器数据，在0.17 au处分析太阳风磁湍流，发现从MHD到亚离子尺度均存在嵌入式相干结构，且阿尔芬涡旋在所有尺度占主导，而非电流片，表明涡旋是湍流的重要构建块。
2024-05-30 astro-ph.SR 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
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
MHD Turbulence: A Biased Review
这篇评论将过去几年的发展放在规范时间线的背景下（Kolmogorov到Iroshnikov-Kraichnan到Goldreich-Sridhar到Boldyrev）。有人认为，Beresnyak的反对，Boldyrev的对齐理论违反了RMHD重标度对称性可以调和对齐，如果后者被理解为一个不稳定性效应。因此，在这种解释中恢复的博尔迪列夫的标度是湍流系统中不稳定性的物理理论的一个例子。排列结构的出现带来了重联物理学，因此MHD湍流理论与撕裂和电流片破裂的物理学交织在一起。回顾了Loureiro、Mallet等人最近在这方面的工作，认为我们终于对MHD级联的耗散尺度有了一个相当完整的了解。这幅图似乎与Beresnyak的耗散截止的Kolmogorov标度与Boldyrev的对准叶栅相一致。这些想法也使一些进展，在了解饱和磁流体发电机，认为是由重联控制，并包含，在小尺度上，撕裂介导的级联类似于其强平均场对应。在这个核心叙述的边缘，标准的弱MHD湍流理论被认为需要调整-并提出了一个计划-考虑到自发涌现的二维凝聚在调解阿尔芬波级联中发挥的作用。这就完成了大尺度下的MHD级联的图像。一些悬而未决的问题进行了调查，关于不平衡的MHD湍流（提出了一个新的理论），剩余能量，亚粘性和衰减制度的MHD湍流（重联再次突出功能）。最后，有人认为，自然的研究方向是现在远离MHD和动力学领域。
2022-07-19 astro-ph.GA astro-ph.HE nlin.CD
Intermittency assessed through a model of kurtosis-skewness relation in MHD in fast dynamo regimes
本文通过直接数值模拟研究MHD快速发电机中速度场和磁场的偏度-峰度关系，发现耗散的alpha值在0.2到3.0之间变化，且She-Leveque模型给出的alpha=2.5与数值结果一致，揭示了间歇性的非严格抛物线标度特征。
2025-03-08 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On the energy spectrum of strong magnetohydrodynamic turbulence
磁流体动力学湍流的能谱由于其基本的重要性和解释天体物理数据的相关性而引起人们的兴趣。在这里，我们提出了一系列的高分辨率直接数值模拟的MHD湍流的能量谱测量与强引导场和增加雷诺数。所提出的模拟，数值分辨率高达2048^3网格点和统计积累超过30至150涡流周转时间，构成了，据我们所知，最大的统计样本的稳态MHD湍流的日期。我们研究了两种平衡情况，即沿导场E ^+和$E ^-以相反方向传播的阿尔芬模的能量相等，以及能量不同的不平衡情况。在平衡的情况下，我们发现，能量谱收敛到一个指数为-3/2的雷诺数增加的幂律，与现象学模型，包括尺度相关的动态对齐一致。对于E ^+> E ^-的不平衡情况，模拟表明，在所有考虑的雷诺数下，E ^-~k_{\perp} ^{-3/2}，而E ^+在小雷诺数下的频谱稍陡。随着雷诺数的增加，E ^+= 0。由于E ^+和E ^-都固定在耗散标度上，而锚定在驱动标度上，因此我们假定，在足够高的Re下，谱在惯性范围内将变得平行，标度为E ^+~E ^-~k_{\perp} ^{-3/2}。关于频谱的普遍性和“Kolmogorov常数”的值的问题进行了讨论。
2012-09-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Particle transport through localized interactions with sharp magnetic field bends in MHD turbulence
研究 MHD 湍流中磁场急剧弯曲对粒子输运的影响，发现局域剧烈相互作用导致磁矩扩散，平行平均自由程按 $r_{\rm g}^{0.3}\ell_{\rm c}^{0.7}$ 缩放，输运过程为非布朗型。
2023-09-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Intermittency, scaling and the Fokker-Planck approach to fluctuations of the solar wind bulk plasma parameters as seen by the WIND spacecraft
太阳风提供了一个天然的实验室，在扩展的时间尺度上观测MHD湍流。在这里，我们应用一个模型独立的差分和重标度的方法来识别自相似性的概率密度函数（PDF）的波动，太阳风散装等离子体参数所看到的风航天器。虽然速度v和IMF幅度B的波动是多重分形的，但我们发现离子密度rho、能量密度B^2和rho v^2以及MHD近似的坡印廷通量vB^2的波动在时间尺度上是单尺度的直到~26小时。我们发现，描述所有这些量到这个时间尺度的波动PDF的单一曲线是非高斯的。我们用两种方法来模拟这种PDF-福克-普朗克，我们推导出的传输系数和相关的朗之万方程，和Castaing分布，所产生的间歇性湍流级联模型。
2003-04-07 physics.data-an physics.plasm-ph physics.space-ph
Anisotropic Cosmic Ray Transport in strong MHD Turbulence due to Magnetic Mirroring and Resonant Curvature Scattering
研究强磁流体湍流中磁镜效应和共振曲率散射对宇宙射线输运的影响，揭示磁场几何结构在输运过程中的作用。
2025-11-24 astro-ph.HE physics.plasm-ph
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
Strong Nonlinear Alfvén Wave Interactions in a Laboratory Plasma
Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；Space Science Institute（空间科学研究所）；University of California, Los Angeles（加利福尼亚大学洛杉矶分校）；University of Wisconsin–Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Northumbria University（诺森比亚大学）；University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
本研究通过实验室等离子体实验和三维混合模拟，揭示了强阿尔芬波非线性相互作用的机制，验证了平衡与不平衡湍流中的能量级联过程。
2026-09-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
The influence of Parker spiral on the reflection-driven turbulence
University of Otago（奥塔哥大学）
研究Parker螺旋对反射驱动湍流的影响，通过三维MHD模拟探讨湍流特性变化，发现螺旋结构改变控制尺度，影响非线性耗散时间，增强能量转化为热能，维持高交叉螺旋度湍流。
2026-03-31 astro-ph.SR physics.plasm-ph
