Wind Shear and Turbulence on Titan : Huygens Analysis
对惠更斯探测器多普勒跟踪测得的风切变进行了评估，发现其在飞行前评估所预期的范围内（即不到布伦特-维萨拉频率的两倍）。遇到的最强大尺度切变约为5 m/s/km，这是与地面航空中的“轻”湍流相关的水平。探测器倾斜和多普勒跟踪都表明，近地表风（4公里以下）有约0.2米/秒的小尺度波动，波动的特征对未来的土卫六飞行任务很有意义，可以用一个简单的自回归（AR（1））模型再现。在~ 500 m高度上的湍流耗散率为16 cm ~ 2/sec ~ 3，可以作为大气环流模式的参考。
2017-04-17 astro-ph.EP
The coexistence of the streaming instability and the vertical shear instability in protoplanetary disks: Scale-dependence of dust diffusion
本研究通过二维全局模拟探究原行星盘中垂直剪切不稳定性与流不稳定性单独及共同作用下的尘埃扩散，揭示了两种不稳定性扩散的方向与尺度依赖性差异及联合作用效果。
2025-01-13 astro-ph.EP
The coexistence of the streaming instability and the vertical shear instability in protoplanetary disks: Planetesimal formation thresholds explored in two-dimensional global models
流动不稳定性是诱发星子形成的一种很有前途的机制。尽管如此，在以前的研究中已经发现，这一过程需要一个粉尘与气体的表面密度比或粉尘的大小，这是增强相比，观察值。采用二维全球模拟的原行星盘，我们表明，垂直剪切不稳定性和流不稳定性在音乐会上可以导致尘埃浓度，这是足够的星子形成较低的表面密度比和较小的尘埃尺寸比孤立的流不稳定性，特别是在条件下，是符合观测约束。这是因为尘埃overdensities形成的压力颠簸引起的垂直剪切不稳定性作为种子的流不稳定性，并增强了it. While我们的二维模型不包括自重力，我们发现，强大的尘埃结块和重力不稳定overdensities的形成（和溶解）可以有力地推断从最大或平均尘埃气体体积密度比的演变。垂直切变不稳定性使尘埃层膨胀到一个平均的中面尘埃-气体密度比，该比明显低于1。因此，我们发现，达到一个中平面密度比是不必要的触发星子形成通过流动不稳定性时，它与垂直剪切不稳定性的一致行动。
2022-08-17 astro-ph.EP
Vortices and the saturation of the vertical shear instability in protoplanetary disks
如果受到中心恒星的充分照射，原行星盘会进入平衡态，表现出垂直切变。这种状态可能会受到流体动力学不稳定性的影响，即“垂直剪切不稳定性"，其分解为湍流会输送适量的角动量，同时也可能通过产生小尺度涡旋促进行星形成。在本文中，我们表明，VSI模式（a）表现出任意的空间分布和（b）保持不可压缩的局部方程的非线性解，无论其振幅。这些模式本身受到寄生开尔文-亥姆霍兹不稳定性的影响，尽管圆盘的旋转显著地阻碍了寄生不稳定性，并允许VSI获得大的振幅（流体速度<声速的10%）。这种“延迟”的饱和可能解释了突出的VSI线性模式在全球模拟。更一般地说，寄生虫可以设置强辐照磁盘的VSI湍流的幅度。通过不可避免地形成涡流，它们在打破流动的轴对称性方面也很重要。然而，旋涡不与轨道平面对齐，因此表现出明显的$z$依赖性。我们还简要地表明，垂直剪切的磁旋转不稳定性的影响不大，而磁场很容易淬灭的VSI，一个潜在的问题，在磁盘的电离表面区域，也在较大的半径。
2017-11-20 astro-ph.EP
Wavelike nature of the vertical shear instability in global protoplanetary disks
垂直剪切不稳定性是辐照后原行星盘中的一种强烈现象。以往的数值模拟大多集中在其饱和状态的湍流特性。然而，饱和的VSI表现为大规模的相干径向传播的惯性波。在本文中，我们研究了惯性波盘相互作用及其对VSI饱和度的影响。惯性波线性理论的开发和应用到一个有代表性的全球2D模拟使用雅典娜++代码。据发现，VSI饱和通过将盘分离成几个径向波区大致划定的共转共振（转折点），这种结构也体现在适度的径向变化的垂直湍流强度。未来的数值工作应采用大的径向域，以适应这种径向结构的VSI，同时采用足够精细的分辨率，以解决参数不稳定性的攻击饱和VSI惯性波。
2022-06-13 astro-ph.EP
Vertical Shear Instability in Thermally-Stratified Protoplanetary Disks: I. A Linear Stability Analysis
本研究针对热分层原行星盘的垂直剪切不稳定性开展线性稳定性分析，揭示了表面模与体模的分岔特性、生长规律及热分层的增强作用，为理解原行星盘湍流演化提供了理论依据。
2024-12-13 astro-ph.EP
A minimal model for vertical shear instability in protoplanetary accretion disks
垂直切变不稳定性是一种轴对称效应，被认为是驱动原行星吸积盘磁不活跃区湍流的原因。在这里，我们研究它的物理机制，在分析易处理的“极小模型“在三个设置，包括一个均匀密度的流体，一个分层的大气，和一个剪切盒部分的原行星盘。每一个这些分析表明，垂直切变不稳定的本质是类似的倾斜对流对称不稳定在中纬度地球大气中，斜压急流的垂直切变的存在下，以及混合在墨西哥湾流的顶层。我们表明，为了获得不稳定的流体包的斜率应该超过在磁盘径向垂直平面的平均绝对动量的斜率。我们提供了一个详细的和相互自洽的物理解释，从三个角度：角动量守恒，作为流体的径向和方位角涡分量之间的动态相互作用，并从能量的角度来看，涉及一个广义的Solberg-Høiland瑞利条件。此外，我们解释了为什么滞弹性动力学产生振荡的不稳定模式和分离的振荡机制的不稳定。
2021-06-08 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Supertransient magnetohydrodynamic turbulence in Keplerian shear flows
本文用统计方法研究了磁化开普勒剪切流的亚临界湍流转捩。采用零净磁通量的剪切盒方程的三维数值模拟来确定从衰减到持续湍流的转变作为磁雷诺数Rm的函数。结果表明，没有明确的过渡到持续的湍流的平均寿命的瞬变增长作为一个指数函数的Rm，按照II型超瞬态法。
2010-06-29 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Two saturated states of the vertical shear instability in protoplanetary disks with vertically varying cooling times
原行星盘中的湍流在尘埃演化和星子形成中起着重要作用。垂直剪切不稳定性（VSI）是一种能够在盘外区域产生湍流的流体动力学机制。VSI除了垂直剪切之外还需要快速气体冷却。线性稳定性分析表明，VSI可能不会在气体冷却效率低下的中板周围工作。在这项研究中，我们调查的非线性结果的VSI在磁盘与线性VSI稳定的中平面区域。我们进行二维的全球流体动力学模拟的轴对称磁盘与垂直变化的冷却时间。垂直冷却时间曲线确定线性VSI稳定的中平面层和中平面上方和下方的不稳定层的厚度。我们发现，在非线性饱和状态下，中平面稳定层的厚度决定了VSI驱动湍流的垂直结构。我们确定了两种类型的最终饱和状态：（1）T状态，其特征在于垂直湍流运动渗透到VSI稳定的中面层和（2）pT状态，其特征在于湍流运动局限在不稳定层。当中平面VSI稳定层厚于两个气体刻度高度时，实现pT状态。我们还发现，当位于中平面上方和下方的VSI不稳定区域薄于两个气体尺度高度时，在所有高度处，VSI驱动的湍流都在很大程度上被抑制。我们提出的经验公式，预测VSI驱动的湍流的强度作为不稳定和稳定层的厚度的函数。这些公式将有助于研究如何VSI驱动的湍流和尘埃颗粒控制磁盘冷却效率同时演变。
2022-12-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modeling Magnetorotational Turbulence in Protoplanetary Disks with Dead Zones
磁旋转不稳定性（MRI）驱动的湍流对原行星盘中固体的演化具有重要影响。另一方面，小灰尘颗粒通过捕获耦合气体和磁场所需的电离气体颗粒来稳定MRI。为了提供一个经验的基础上，模拟灰尘和MRI的共同进化，我们进行三维，欧姆电阻MHD模拟的垂直分层剪切盒与MRI不活跃的“死区”的各种大小和净垂直磁通量的各种强度。我们发现，湍流的垂直结构是由垂直的磁通量和三个临界高度的线性分析得出的分层磁盘。特别地，湍流结构仅通过临界高度依赖于电阻率分布，并且对电阻率分布的细节不敏感。我们发现的各种湍流量（速度色散，密度波动，垂直扩散系数，外流质量通量）和垂直集成的吸积应力的振幅之间的标度关系。我们还得到了积分吸积应力作为垂直磁通量和临界高度的函数的经验公式。这些经验关系允许预测的垂直湍流结构的原行星盘的磁通量的给定强度和给定的电阻率分布。
2011-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
A self-consistent model for dust settling and the vertical shear instability in protoplanetary disks
本文提出一个半解析模型自洽地确定原行星盘中垂直尘埃分布与VSI驱动湍流强度，发现小颗粒存在稳定平衡分布，而大颗粒会导致失控沉降，解释了高度沉降的尘埃环。
2024-04-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
The vertical shear instability in poorly ionised, magnetized protoplanetary discs
原行星盘在其自转剖面中应表现出弱的垂直变化。通常这种“垂直切变”是由中心恒星辐射场驱动的斜压效应引起的，但也可能在磁离心风的发射过程中出现。因此，原行星盘会受到流体动力学不稳定性的影响，即“垂直剪切不稳定性”（VSI），其分解为湍流可能会传输适量的角动量，并促进或干扰行星形成的过程。然而，磁场可以直接通过磁张力或间接通过磁旋转湍流来抑制VSI。另一方面，原行星盘的电离率极低，如果非理想效应足够显著，可能会拯救VSI。在本文中，我们开发了一个本地的线性理论，探讨如何非理想的MHD影响的VSI，同时还推出额外的扩散剪切不稳定性。我们推导出一套分析标准，建立时的VSI盛行，然后展示它如何可以应用到一个现实的全球模型的原行星盘。我们的计算表明，在~ 10天文单位内，VSI在盘的主体中出现应该没有什么麻烦，但在盘的上部区域，它的出现敏感地取决于占优势的尘埃颗粒的大小。
2022-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Semi-Transparent Shear Turbulence in Hot Jupiter Atmospheres
由长期剪切不稳定性驱动的湍流输送可以导致热木星大气中增强的垂直混合，影响其云量，化学和整体垂直结构。我们讨论了预期的湍流状态，并评估了垂直混合强度（即$K_{\rm zz}$值）的理论不确定性。我们的工作集中在三个研究得很好的热超导体与大气温度的层次：HD 189733 b（$T_{\rm eq} \simeq 1200$ K），HD 209458 b（$T_{\rm eq} \simeq 1450$ K）和开普勒7 b（$T_{\rm eq} \simeq 1630$ K）。$K_{\rm zz}$不确定性较大。它们主要是由i）湍流传输的程度知之甚少，ii）行星光球附近剪切湍流的半透明性质。使用一个特定的摩尔-斯皮格尔不稳定性阈值，我们推断，较冷的HD 189733 b是不受增强混合半透明剪切湍流，而较热的开普勒7 b和（略）HD209458 b的日面。增强的垂直混合通常预计会在足够热的系外行星上表现出来，$T_{\rm eq} > 1500-1600$ K。在一个给定的行星上，白天和黑夜的$K_{\rm zz}$轮廓可以相差一个数量级或更多。垂直混合在赤道地区稍有利，那里的大气纬向切变最强。在所有三个行星的情况下研究，对大气平均流量的动量反馈是次要的，可以忽略不计。
2022-09-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Nonlinear transverse cascade and two-dimensional magnetohydrodynamic subcritical turbulence in plane shear flows
我们发现，并通过数值模拟调查自我维持的二维湍流的磁流体动力学流具有最简单的配置：平面，noninflectional（具有恒定的剪切速度）和线程由一个平行的均匀的背景磁场。这种流动是谱稳定的，因此湍流本质上是亚临界的，因此它可以仅仅由剪切流非常态引起的瞬态增长机制来大力支持。该机制在谱（波数）平面中似乎基本上是各向异性的，并且主要针对空间傅立叶谐波起作用，其中流向波数小于流动剪切与阿尔文速度之比$k_y < S/u_A$（即，阿尔文频率低于剪切速率）。着重分析了湍流的非线性过程特征和自维持机制，关于线性瞬态增长和非线性过程之间的相互作用，在谱平面上。我们的研究涉及一种新的湍流能量注入过程--瞬态增长，代表了MHD湍流研究的主要趋势。我们发现非线性动力学与流体动力学中的相关动力学--与亚临界湍流的\emph{bypass}概念相似。所分析的非线性MHD过程的本质似乎是在波数平面内动能和磁谱能量的横向重新分布[如在相关的流体动力学流动中所发生的那样，见Horton等人，E { \bf 81}，066304（2010）]，并且与MHD剪切流中的（各向异性的正向和反向）级联过程的现有概念根本不同。
2014-09-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Turbulence in protoplanetary disks: A systematic analysis of dust settling in 33 disks
本文首次对33个原行星盘进行统一分析，利用ALMA高分辨率观测和辐射转移建模约束尘埃垂直沉降与径向聚集，发现盘外部普遍沉降、约半数环存在强径向捕获，并据此估计湍流上限及有利于远距离行星核心形成的区域。
2025-03-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Alpha effect and dynamo in density-stratified turbulence with large-scale shear: applications to protoplanetary discs and astrophysical clouds
Ben-Gurion University of Negev（内盖夫本-古里安大学）
研究密度分层湍流与大尺度剪切共同作用产生的α效应和平均场发电机效应，探讨其在原行星盘和天体物理云中的应用。
2026-03-18 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
On corrugation mode radial wavelengths of the vertical shear instability
本文通过Athena++数值模拟研究垂直剪切不稳定性饱和时波纹模式的径向波长，发现64网格/标高时出现收敛，并利用合成ALMA观测表明高分辨率会显著削弱该特征的可观测性。
2024-02-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the vertical-shear instability in astrophysical discs
我们探讨的线性稳定性的天体物理光盘表现出垂直剪切，这是出现时，有一个径向变化的温度或熵。这样的磁盘受到“垂直剪切不稳定性”，最近的非线性模拟显示，驱动器的MRI稳定区域的原行星盘的流体动力学活动。我们首先使用Nelson等人（2013）推导的准全局简化模型重新审视局部等温盘。这种分析，然后扩展到全球轴对称扰动的圆柱形域。我们还推导和研究了一个简化的模型，描述光盘与幂律径向熵分布（“局部多变光盘”），这是有点更现实的，因为他们拥有物理（而不是数值）表面。在所有情况下，增长最快的模式具有非常短的波长，并且局限于圆盘表面（如果存在），在那里垂直剪切最大。另一类适度增长的垂直全球体模式被激发，对应于不稳定的经典惯性波（“r-模式”）。我们讨论这两种类型的模式的属性，并强调那些增长最快的发生在最短的可用长度尺度（由数值网格或物理粘性长度确定）。这种不适定性使得对不稳定性的模拟难以解释。最后，我们对非线性饱和和由此产生的角动量输运进行了一些简短的推测。
2015-03-24 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Internal gravity waves in the energy and flux budget turbulence-closure theory for shear-free stably stratified flows
本文提出了考虑重力重力内波与无剪切稳定层结湍流双向耦合的能量通量平衡湍流闭合理论。该理论基于IGW的总（动能加势能）能量的收支方程、流体湍流的动能和势能的收支方程以及波浪和流体流动的位温的湍流通量。在一定高度处发射的波向上传播，并且波浪能的损失导致湍流能的产生。我们证明，由于非线性效应更强的波浪产生更强的湍流，这反过来又导致IGW的强阻尼。结果表明，较强的波浪的穿透长度比较弱的IGW的穿透长度短。弱IGW产生的湍流各向异性比强IGW产生的湍流各向异性强。低振幅IGW产生的湍流占湍流势能的90%。这类似于所观察到的高空对流层强各向异性（近二维）湍流的性质。
2019-06-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Nonlinear energy transfers in accretion discs MRI turbulence. I-Net vertical field case
磁旋转不稳定性（MRI）被认为是负责大部分的角动量输运吸积盘。然而，分子耗散过程可能会大大改变MRI湍流在现实的天体物理情况下的效率。这种依赖性的物理起源仍然知之甚少的线性和准线性理论无法解释it. In本文中，我们寻找分子耗散过程和MRI传输的角动量在非分层剪切盒模拟，包括平均垂直场之间的联系。我们表明，在我们考虑的模型中，磁螺旋度并不重要。我们进行了频谱分析的模拟跟踪能量交换时，湍流充分发展的频谱空间。我们发现，能量交换基本上是直接的（从大到小的尺度），而一些非线性的相互作用似乎是非本地的光谱空间。我们推测这些非局域相互作用是湍流输运和分子耗散之间的相关性的原因。我们认为，这种相关性，然后应该消失时，一个显着的规模分离实现，我们讨论了几种方法，可以检验这一假设。
2010-12-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Active modes and dynamical balances in MRI-turbulence of Keplerian disks with a net vertical magnetic field
研究了圆盘剪切盒模型中具有净垂直场的磁旋转不稳定性（MRI）湍流的动力学平衡。在傅立叶（${\bf k}$ -）空间中分析湍流动力学，我们确定了定义湍流特性的三种类型的活动模式。这些模式的长度类似于盒子的大小，即，位于傅立叶空间中标记为重要区域的小波数区域中，并且是：（i）通道模式-在具有最小垂直波数的盘平面中均匀，（ii）纬向流模式-在方位角上和垂直方向上均匀，具有最小径向波数，以及（iii）其余模式。静止模式包括生命区域中能量达到最大光谱能量的$50 \%$以上的那些谐波。与槽道流和纬向流模式相比，其余模式单独不那么重要，然而，它们的组合作用在这两种模式中占主导地位。这三种模式类型是由线性和非线性过程的相互作用，导致其相互依赖的动态。线性过程存在于具有净垂直场的盘流非模态修改的经典MRI中。主要的非线性过程是傅立叶空间中模式随波矢角的转移-横向级联。通道模式表现出由线性MRI增长提供的阵发性爆发，而非线性过程主要与此相反，耗尽通道能量并将其重新分配给其余模式。至于纬向流，它没有线性源，而是由其余模式的非线性相互作用馈送。
2018-11-20 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Supertransient Magnetohydrodynamic Turbulence in Keplerian Shear Flows: The role of the Hall Effect
空间和天体物理等离子体经常出现在差动旋转状态，在这种状态下，磁场的存在会导致磁旋转不稳定性，直接导致吸积盘中的湍流角动量输运等重要现象。在没有外加磁场的情况下，非线性发电机是发生这种传输机制所必需的。在原行星盘中，存在高密度和极低温度的区域，这是霍尔效应发挥作用的两个必要条件，影响发电机和相关湍流的发展。在这项工作中，我们进行了本地磁流体动力学（MHD）模拟研究过渡到弱湍流的开普勒剪切流与霍尔效应。的霍尔效应导致系统的长寿湍流瞬变的衰减时间遵循指数依赖于磁雷诺数和霍尔参数。
2018-11-29 astro-ph.EP nlin.CD physics.flu-dyn
A high resolution simulation of protoplanetary disk turbulence driven by the vertical shear instability
本研究采用268.4 M网格点和四阶Padé格式模拟了垂直剪切不稳定性驱动的3D原行星盘湍流，揭示了3D流动中的湍流剪切层、角动量阶梯结构及动能谱特征，并发现轴对称VSI在后期存在伪影。
2024-11-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
