Nonlinear interaction between three kinetic Alfvén waves
利用Hall-MHD理论，我们研究了三个动力学Alfvén波之间的共振相互作用。因此，我们推导出三个耦合方程，支配这个过程。结果表明，这些方程包含相同的耦合系数，直接表明它们满足Manley-Rowe关系。耦合系数可以写成一个相对非常简单的形式，这是以前没有推导出来的。当一个泵浦动力学阿尔芬波衰减成两个相似的阿尔芬波时，衰减率因此很容易估计天体物理学感兴趣的等离子体。
2006-02-14 physics.plasm-ph
Nonlinear Landau resonant interaction between kinetic Alfvén waves and thermal electrons: Excitation of time domain structures
相空间空穴、双电层和其他孤立电场结构，称为时域结构（TDS），经常出现在地球内磁层的偶极锋附近。它们被认为是重要的，因为它们的作用，在注射能量的耗散和显着的粒子散射和加速的潜力。动力学阿尔文波被观察到在高能粒子注入期间被激发，并且通常与TDS观测一起存在。尽管有大量的航天器观测，TDS的起源及其与动力阿尔文波的关系至今仍知之甚少。部分困难来自于动力阿尔文波和TDS之间的大尺度分离。在这里，我们证明了TDS可以激发电子在非线性朗道共振与动力学阿尔文波。这些电子被动力学阿尔文波的平行电场捕获，形成局部束分布，随后通过束不稳定性产生TDS。一个大的画面出现如下：宏观尺度的偶极化前沿首先将离子流（动能）能量转移到中等尺度的动能阿尔文波，阿尔文波进一步将能量引导到微观尺度的TDS，并最终以加热的形式将能量沉积到热电子。通过这种方式，与偶极锋相关的离子流能量在内磁层中以从大到小的级联方式有效地耗散。
2020-11-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic Scale Slow Solar Wind Turbulence in the Inner Heliosphere: Co-existence of Kinetic Alfvén Waves and Alfvén Ion Cyclotron Waves
利用美国宇航局帕克太阳探测器在距太阳0.18天文单位（AU）的内日球层拍摄的数据，研究了在高度Alfvénic慢太阳风湍流中离子动力学尺度周围等离子体波模式的性质。得到了归一化约化磁螺旋度的联合分布$σ_m (θ_{RB}, τ)$，其中$θ_{RB}$为局部平均磁场与径向的夹角，$τ$为时间尺度.确定了离子尺度附近的两个种群：第一个种群具有频率范围为2.1至26 Hz的$σ_m (θ_{RB}, τ) < 0$（在航天器框架内），对应于$60^{\circ} < θ_{RB} < 130^{\circ}$的动力学阿尔文波（KAWs），第二个种群具有频率范围为[1.4，4.9] Hz的$σ_m (θ_{RB}, τ) > 0$，对应于$θ_{RB} > 150^{\circ}$的阿尔文离子回旋波（ACW）。这首次证明了KAWs和ACW在内日球层的慢太阳风中的共存，这与以前在1 AU的慢太阳风中的观测结果形成对比。0.18和1天文单位之间的差异可以解释为：i）ACW在其向外的旅程中通过回旋共振耗散，或者ii）0.18天文单位处的慢太阳风的高阿尔夫文性可能有利于ACW的激发。
2020-06-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear interactions between kinetic Alfvén and ion-sound waves
利用Hall-MHD理论研究了动力学Alfvén波与离子声波的共振相互作用。本文将前人的结果推广到既包括有限Larmor半径又包括理想MHD结果。发现当波长与离子-声回旋半径相当时，三波耦合最强。我们的工作弱湍流理论的应用，以及太阳日冕的加热指出。
2006-04-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetically modified parametric instabilities of circularly-polarized Alfven waves: Ion kinetic effects
在离子和无质量电子流体的一维Vlasov描述的框架内，研究了均匀背景等离子体中平行传播的圆偏振有限振幅Alfven波的参数不稳定性，从而包含了纵向动力学扰动（离子朗道阻尼）。本发明的制剂还包括霍尔效应。所得结果与以往的相关分析吻合较好，表明当纵向动力学效应“被动”作用时，纵向动力学效应在Alfven波的参数不稳定性中起重要作用。此外，存在的动力学参数不稳定性被确认为小子波波的制度。这些不稳定性的增长率是敏感的离子温度。本文的公式和结果可应用于在太阳风和地球前震区观测到的阿尔芬波。
2006-12-14 physics.plasm-ph
Fast Zonal Field Dynamo in Collisionless Kinetic Alfven Wave Turbulence
论证了无碰撞动力学阿尔芬波湍流产生快速发电机作用的可能性。电子朗道阻尼提供了锁定所产生的场所需的不可逆性，因此感应电场不会随电阻率而消失。的系统和这些结果的关系的理论的α淬火的自我调节机制进行了讨论。发电机产生的场具有类似于纬向流的对称性，因此称为纬向场。
2001-01-10 astro-ph physics.plasm-ph
On the Physics of Kinetic-Alfven Turbulence
观测揭示了太阳风在亚质子尺度上磁场和密度等离子体涨落的近似幂律谱，这表明存在湍流级联。我们讨论了微尺度等离子体波动的三场和两场模型，然后给出了动力学Alfven湍流的两场模型的数值模拟结果，该模型模拟了亚质子尺度下的等离子体运动。
2013-05-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Cross-scale energy transfer from fluid-scale Alfvén waves to kinetic-scale ion acoustic waves in the Earth's magnetopause boundary layer
本文通过观测与计算证明地球磁层顶边界层中流体尺度阿尔芬波可通过磁压梯度驱动压缩模式，加速并加热离子，激发动理学尺度离子声波，从而揭示一种跨尺度能量转移与等离子体加热机制。
2024-11-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic Alfvén waves in the temperature anisotropic space plasma with a kappa-Maxwellian distribution
研究了温度各向异性空间等离子体中κ-麦克斯韦分布对动能阿尔文波和修正离子声波色散和阻尼率的影响，发现其波频和阻尼率在不同波区存在差异。
2025-12-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic heating by Alfvén waves in magnetic shears
利用第一性原理动力学模拟，我们证明了在非均匀背景中传播的大尺度Alfvén波（AW）衰减为动力学Alfvén波（KAWs），触发离子和电子的相互作用。我们证明了这两个物种可以获得不等量的初始AW能量，经历差分加热。在衰变过程中，由KAWs携带的电场在粒子VDFs中产生非麦克斯韦特征，根据空间观测。我们目前的过程只需要一个大规模的AW与磁剪切的相互作用，可能是相关的几个天体物理和实验室等离子体。
2021-12-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Quasilinear Evolution of Kinetic Alfven Wave Turbulence and Perpendicular Ion Heating in the Solar Wind
本文利用在湍流太阳风等离子体中测得的动力学阿尔芬波动谱计算了由准线性扩散引起的电子和离子分布函数。修正的离子分布函数被发现是不稳定的长波长电磁离子回旋波。这些波的俯仰角将平行离子的速度分散成垂直的速度，从而有效地提高了垂直离子的温度。
2011-04-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Co-existence of Whistler Waves with Kinetic Alfven Wave Turbulence for the High-beta Solar Wind Plasma
结果表明，哨声波的色散关系是相同的高或低β等离子体。此外，在高β太阳风等离子体哨声波满足朗道共振与电子的速度小于热速度，因此电力是小的相比，镜力。当哨声通过不均匀的太阳风传播时，垂直波数通过折射增加，从而增加朗道阻尼率。然而，哨声可以生存，因为背景动力阿尔芬波湍流创建一个平台，准线性扩散的太阳风电子分布在小速度。结果表明，当哨声能量密度仅为动力学Alfven波的~10^-3时，哨声引起的准线性扩散速率与KAW相当。因此，非常小的振幅哨声湍流可以有一个显着的后果，太阳风电子分布函数的演变。
2012-08-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Quantum Treatment of Kinetic Alfvén Waves instability in a dusty plasma: Magnetized ions
研究了三分量非简并流动等离子体中惯性区动力学Alfvén波的色散关系。利用流体- Vlasov方程导出了量子等离子体的线性色散关系.在Vlasov模型中引入Bohm势引起的量子修正CQ的增加，抑制了Alfven波的频率和不稳定性的增长率。一些解析表达式推导出各种模式的传播。研究还发现，许多系统参数，如尘埃流速度、尘埃电荷、数密度和量子修正等，对色散关系和不稳定性增长率有显著的影响。
2016-08-01 physics.plasm-ph
Spectrum of Kinetic Alfven Turbulence
提出了一个尺度小于离子回旋尺度的强动力学阿尔文等离子体湍流模型。认为磁场和密度涨落主要集中在二维结构上，这导致它们的傅立叶能谱$E(k_\perp)\propto k_{\perp}^{-8/3}$，其中$k_\perp$是垂直于强背景磁场的波矢分量。结果表明，在良好的协议与数值模拟，他们可以解释最近的观测结果的磁场和密度波动的太阳风在亚质子尺度。
2012-04-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Vlasov simulations of Kinetic Alfvén Waves at proton kinetic scales
动力学阿尔文波是空间等离子体物理学中的一个重要课题，因为它们被认为在短波长（质子惯性长度$d_p$量级及更远）太阳风等离子体中湍流能量级联的发展中发挥着至关重要的作用。在这些尺度上，对支配动力学等离子体动力学的物理机制的充分理解可以为无碰撞系统中的湍流耗散和加热问题提供重要的线索。本文采用混合Vlasov-Maxwell数值模拟方法，详细分析了典型太阳风环境下质子动力学尺度下动力学Alfvén波的特征。特别是，这些波动的传播的线性和非线性制度已在单波的情况下进行了研究，专注于无碰撞朗道阻尼和波粒共振相互作用的物理过程。有趣的是，由于对于接近于$d_p$和质子等离子体β $β$的波长，动力学阿尔文波的相速度比质子热速度小，波粒相互作用过程在粒子速度分布的核心产生显著的变形，表现为相空间涡旋，并导致平顶速度分布。此外，由于欧拉混合弗拉索夫-麦克斯韦算法允许一个干净的几乎无噪声的速度空间的描述，三维图的质子速度分布有助于强调如何从麦克斯韦配置的热力学平衡，由于非线性动力学效应的等离子体偏离。
2014-09-02 physics.plasm-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
Evidence of Critical Balance in Kinetic Alfven Wave Turbulence Simulations
对动力学等离子体湍流进行了数值模拟，以评估临界平衡对动力学耗散尺度湍流的适用性。在频域中执行分析以避免执行湍流的局部分析中固有的复杂性。建立了耗散尺度临界平衡的理论模型，并与数值模拟结果进行了比较，两者吻合良好，这一结果构成了动力学湍流模拟中临界平衡的第一个证据，为各向异性湍流叶栅扩展到耗散范围提供了证据。我们还进行了欧拉频率分析的模拟数据，并将其与以前的研究磁流体动力学湍流模拟的结果进行比较。
2011-12-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Ion kinetic energy conservation and magnetic field strength constancy in multi-fluid solar wind Alfvénic turbulence
本文研究了高阿尔夫文快太阳风中大振幅低频波动的等离子体流体运动特性。我们表明，质子局部保存总动能时，从一个有效的参照系与波动。对于快风的典型性质，这个框架可以用α粒子来合理地识别，由于它们相对于质子以大约阿尔文速度沿着磁场漂移，所以不会参与流体的低频波动。利用它们的速度将质子速度转换到阿尔夫文湍流的框架中，我们证明了由此产生的等离子体运动的特征在于速度的绝对值恒定，电场为零，并且速度和磁场矢量对齐，正如平衡时单向阿尔夫文波动所预期的那样。我们认为，通过阿尔夫文湍流中速度和磁场之间的相关性，这种约束是观测到的磁场恒定性的起源：虽然对应于恒定能量的恒定速度只能在波动的框架中观察到，但在航天器框架中，对于伽利略变换不变的相应恒定总磁场仍然是观察特征，阿尔文湍流框架中的恒定总能量。
2015-01-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Dispersive and kinetic effects on kinked Alfvén wave packets: a comparative study with fluid and hybrid models
通过对低- $β$等离子体的MHD、Hall-MHD和混合模拟结果的比较，研究了色散和动力学效应对二维扭折Alfvén波包演化的影响.我们发现，霍尔项决定了在流体和混合模型的特征时间$τ^*=τ_a\ell/d_i$的波包的整体演变。波包的色散导致波能转换成内部等离子体能量。当考虑动力学质子时，质子内能的增加有来自等离子体压缩和相空间混合的贡献。后者发生在平行于引导装置磁场的方向上，这是由于质子以阿尔文速度与波包强制的可压缩模式共振。我们的研究结果之字形观测和太阳风能量的影响进行了讨论。
2023-02-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Fluid-like Behavior of Kinetic Alfvén Turbulence in Space Plasma
动力阿尔文波（KAWs）是MHD阿尔文波分支在相对于背景磁场高度倾斜传播的情况下的短波长延伸。对空间等离子体的观测表明，小尺度湍流主要是类KAW湍流。我们应用两种理论方法，碰撞双流体理论和碰撞动力学理论，获得的KAW极化依赖于$β_\mathrm{p}$（质子热压力的磁压力的比率）在离子陀螺仪的密度，体积速度和压力的波动的预测。我们进行小波分析的MMS磁鞘测量和比较的意见与这两种理论。我们发现，双流体理论预测的观测结果比动力学理论，这表明，小规模的KAW-like波动表现出类似流体的行为，在磁鞘中，虽然等离子体是弱碰撞。我们还提出了预测的KAW偏振的内层日光层是可测试的帕克太阳探测器和太阳轨道器。
2019-01-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Pressure-gradient-induced Alfven eigenmodes: II. Kinetic excitation with ion temperature gradient
采用线性回旋粒子模拟方法，研究了热离子温度梯度（ITG）存在时，磁流体动力学（MHD）第二稳定区域中理想磁流体动力学（MHD）离散Alfven本征模的动力学激发.的不稳定性被确定为α诱导的环形阿尔芬本征模（α-TAE），即束缚态之间的压力梯度诱导的势垒的薛定谔方程剪切阿尔芬波。使用数值工具，我们详细研究了α-TAE上的动力学热离子压缩的效果;离子声波和波粒共振的非共振耦合。结果表明，Alfvenic ITG不稳定性阈值（例如，临界温度梯度）由两种共振吸收机制决定：朗道阻尼和连续阻尼。数值结果解释的基础上，以前从变分公式推导的理论框架。本分析的性质和结构的Alfvenic波动的存在下，陡峭的压力梯度适用于正或负的磁剪切，并可以作为一个解释框架的实验观察（未来）高性能聚变等离子体反应堆的相关性。
2009-12-08 physics.plasm-ph
An extended hybrid magnetohydrodynamics gyrokinetic model for numerical simulation of shear Alfvén waves in burning plasmas
采用广义鱼骨色散关系的理论框架，扩展的混合磁流体动力学陀螺动力学模拟模型已被推导出解析考虑热离子的可压缩性和抗磁效应，除了高能粒子的动力学行为。扩展模型已被用于实现扩展版本的混合磁流体动力学回旋动力学代码（XHMGC），以研究热离子动力学效应的高能粒子驱动的Alfvénic模式，如动力学β诱导的Alfvén本征模在托卡马克聚变等离子体。
2010-12-24 physics.plasm-ph
Kinetic Alfvén solitary and rogue waves in superthermal plasmas
本文研究了低$β$等离子体中的小但有限振幅的动力学Alfvén孤立波。利用标准约化摄动法导出了描述KAWs演化的非线性KdV方程。研究了KdV方程的非线性系数和色散系数对超热参数$κ$、等离子体$β$和传输的非线性度的依赖关系，表明这些参数可以显著改变KAW孤立脉冲的形状和大小。只支持亚阿尔夫文孤子，压缩孤子。然后，我们通过从{KdV}方程推导出非线性薛定谔方程来研究动力学Alfvén流氓波。得到了形成异常波包络的有理解。我们研究流氓波的行为如何取决于等离子体参数的问题，发现流氓信封降低电子超热性的增加，而相反的是真实的等离子体$β$增加。这项研究的结果可能会发现应用程序的低$β$等离子体在天体物理环境中的粒子是超热分布。
2014-03-15 physics.plasm-ph
Intermittency and electron heating in kinetic-Alfvén-wave turbulence
我们报告的分析和数值研究的低β等离子体中的亚离子尺度的湍流，侧重于波动和电子加热的光谱特性。在等温极限下，数值结果强烈支持Boldyrev & Perez（Astrophys. J. Lett. 758，L44（2012））以包括间歇性效应。当去除等温性的约束时（即，包括电子动力学物理），发现由于电子朗道阻尼，能谱变陡，这是通过电流片周围的对流非线性的局部减弱而实现的，并且经由速度-空间级联产生显著的能量耗散。使用厄米多项式表示来表达电子分布函数的速度空间依赖性，使我们能够获得分析，最低阶的解决方案的厄米矩的分布，这是证明了数值模拟。
2022-08-04 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Dissipative Dynamics of Collisionless Nonlinear Alfven Wave Trains
利用动力学非线性薛定谔（KNLS）方程模型研究了包含共振粒子效应的无碰撞Alfven串的非线性动力学。KNLS的数值解揭示了阿尔芬波的动力学是敏感的偏振感以及相对于环境磁场的传播角度。波的非线性和朗道阻尼的综合影响的结果stationaryOA的S-和弧极化方向和旋转的不连续性的演变形成。这些波形在行星际等离子体中经常被观察到。
1997-07-26 adap-org astro-ph nlin.AO
Fully Kinetic Simulation of 3D Kinetic Alfven Turbulence
我们目前的结果从一个三维的粒子在细胞模拟等离子体湍流，类似的等离子体条件下发现的动力学尺度的太阳风。在亚离子范围内的湍流的光谱特性是一致的动力学Alfven波的理论预期。此外，我们计算的局部各向异性，定义的关系$k_{\parallel}(k_{\perp})$，其中$k_{\parallel}$是一个特征波数沿本地平均磁场在垂直尺度$l_{\perp}\sim 1/k_{\perp}$。亚离子射程各向异性与$k_{\parallel}<k_{\perp}$的尺度相关，线性与非线性时间尺度之比为1阶，表明动力学级联接近临界平衡状态。我们的研究结果与一些\emph{in situ}太阳风观测结果相比，并证明了-从第一性原理-等离子体湍流模型的可行性，该模型基于一个临界平衡的级联动力学Alfven波。
2018-03-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic Alfvén wave generation by velocity shear in collisionless plasmas
本文利用二维混合Vlasov-Maxwell（HVM）模拟方法研究了线偏振长波长Alfvén波在无碰撞磁化等离子体中的演化.未扰动的剪切流已经由HVM方程组的精确解表示（Malara { \it et al.}，E97，053212），这避免了由非平稳初始状态引起的并且不可避免地影响系统动态的寄生振荡。我们考虑了小振幅和中等振幅阿尔文波的演化，以便将线性波-剪切流耦合与动力学效应分开，后者与较大的波幅更相关。相混合产生的剪切流修改初始扰动，导致形成小尺度的横向波动的尺度与质子惯性长度。通过分析剪切区扰动的偏振和群速度，我们将其识别为动力学阿尔文波（KAWs）。在中等振幅运行，动力学效应扭曲的质子分布函数在剪切区。这导致形成质子束，以阿尔文速度并平行于磁场。这样一个特征，由于与KAWs相关的平行电场，与太阳风观测到的超热离子的种群相比是积极的，这表明它可能与离子尺度KAW-like波动的存在有关。
2020-03-20 physics.plasm-ph
Linear kinetic effects of core plasma on low frequency Alfven and acoustic eigenmodes in tokamaks
在广义鱼骨型色散关系的框架下，研究了核芯等离子体对$ω< ω_{BAE}$激发低频模式的共振和非共振效应，如β诱导的Alfvén声学本征模（BAAE）和动力学共振模（KBM）.鱼骨状方程的形式主义包含了所有必要的成分来描述这些低频波动的特征，并解释实验结果。核心等离子体的性质（反磁频率和进动共振与被困离子）强烈影响的模式的激发，并在BAAE的情况下更有效地比高能粒子。核心等离子体的抗磁频率也有助于BAAE与KBM的耦合，从而影响两种模式的激发和极化。高能粒子仍然可以为一些低频模式提供非共振驱动。
2022-04-20 physics.plasm-ph
Mode Converting Alfvén Waves from Magnetic Reconnection Enhancing the Energy Source for the Aurora Borealis
以往的研究表明，在磁重联过程中产生的霍尔磁场结构被动力学阿尔文波（KAW）带走。在这里，我们应用一个动力学模拟与离子/电子质量比接近其自然值，并发现大大降低阻尼率允许KAW转换成剪切阿尔文波（SAW）。对于磁尾重联，这些SAW提供了波能的有效传输，增强了北极光的能量输入，其数量级高于先前的估计。
2020-04-24 physics.plasm-ph
The effect of heavy ions on the dispersion properties of kinetic Alfvén waves in astrophysical plasmas
本文通过线性弗拉索夫-麦克斯韦理论数值研究重离子（尤其是O+）对阿尔芬波色散的影响，发现氧离子可显著降低EMIC到KAW的转变角，使弱阻尼动力学阿尔芬波在更小波法向角下传播，从而解释磁层观测现象。
2023-06-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic Alfvén waves generation by large-scale phase-mixing
太阳风湍流的一种观点是，在质子惯性长度$d_p$附近的空间尺度上观察到的高度各向异性波动可以被认为是动力学阿尔文波（KAWs）。在本文中，我们展示了如何相位混合的大规模平行传播阿尔文波是一个有效的机制，在接近$d_p$的波长和大传播角的磁场的KAWs的生产。磁流体动力学（MHD），霍尔磁流体动力学（HMHD），和混合Vlasov-Maxwell（HVM）模拟阿尔文波在非均匀等离子体中的传播。在线性区域，通过比较MHD和HMHD结果，指出色散效应的作用。相位混合产生的波动被确定为KAWs通过比较的偏振磁波动和波群速度与分析线性预测。在非线性制度，HMHD和HVM模拟的比较允许指出的作用，动力学效应在塑造质子分布函数。我们观察到相对于本地磁场和生产的场对准光束的温度各向异性的产生。质子分布函数高度偏离热平衡的区域位于剪切层内部，其中KAW被激发，这表明质子分布的扭曲是由质子与KAW波动的共振相互作用驱动的。我们的结果是相关的配置中存在磁场不均匀性，例如，在太阳日冕中的阿尔文波的存在已被确定。
2015-07-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Solar plasma radio emission in the presence of imbalanced turbulence of kinetic-scale Alfvén waves
本文研究了在等离子体/磁压力比$β$小于电子/离子质量比$m_{e}/m_{i}$的日冕区域中，动力学尺度的Alfvénic湍流对等离子体射电辐射产生的影响。本研究的动机是与活动区强磁场有关的太阳I型射电暴现象。对于连续辐射，I型暴的亮温可达$10^{10}$ K，对于I型暴，亮温可超过$10^{11}$ K。目前，还没有一个公认的理论来解释I型风暴如此高的亮度温度和其他一些性质。我们提出的模型与不平衡湍流的动力学尺度阿尔文波产生一个不对称的准线性平台上的电子速度分布的上半部分。朗缪尔共振波的朗道阻尼被抑制，其振幅在热能级以上自发增长。估计的朗缪尔波的饱和水平足够高，以产生观察到的I型无线电发射的基本等离子体频率。在我们的模型中没有出现谐波发射，因为向后传播的朗缪尔波经历了很强的朗道阻尼。我们的模型预测$100\%$极化的意义上的普通（O-）模式的I型发射。
2017-07-07 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-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
Resonant Decay of Kinetic Alfvén Waves and Implication on Spectral Cascading
本文推导了描述动力学阿尔芬波（KAWs）共振非线性模耦合的普遍方程，研究了泵浦KAW参数衰减为边带KAW的过程，发现同向和反向传播情形在垂直波数空间分别表现出双重级联与双重及逆级联行为，并探讨了其对聚变等离子体中SAW不稳定性非线性饱和及带电粒子输运的影响。
2024-01-05 physics.plasm-ph
Kinetic simulations of the interruption of large-amplitude shear-Alfvén waves in a high-beta plasma
使用二维混合动力学模拟，我们探讨了非线性的“中断”的驻波和行波剪切阿尔芬波在无碰撞等离子体。中断涉及一种自生压力各向异性，消除了线性极化Alfvénic扰动的回复力，并发生在波振幅$δB_{\perp}/B_{0}\gtrsim β^{\,-1/2}$（其中$β$是热压力与磁压力之比）。我们使用高度拉长的域，以获得波和离子陀螺仪之间的最大规模分离。对于振幅极限以上的驻波，我们发现波的大尺度磁场迅速衰减。的动力学的强烈影响的激发斜消防水龙带模式，过渡到长寿命的平行波动的离子陀螺仪，并导致显着的粒子散射。行波衰减得更慢，但也受到水龙带模式衰减产生的小尺度平行波动的影响。我们的结果表明，无碰撞等离子体不能支持线性偏振阿尔文波以上$δB_{\perp}/B_{0}\sim β^{\,-1/2}$。他们还提供了一个生动的说明低碰撞等离子体动力学的两个关键方面：（一）在调节等离子体动力学在高$β$的速度空间不稳定性的重要性，以及（二）如何非线性碰撞无过程可以直接从最大尺度的机械能转化为热能和微尺度波动，而不需要一个规模的规模湍流级联。
2017-12-13 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Tens to hundreds of keV electron precipitation driven by kinetic Alfvén waves during an electron injection
电子注入是与磁层亚暴相关的关键过程，它将大量的电子能量沉积到电离层中。虽然在注入过程中的$<$ 10 keV电子的波散射已经得到了很好的研究，磁尾电子注入和高能（$\geq$ 100 keV）电子沉淀之间的联系仍然难以捉摸。利用ELFIN和磁层多尺度（MMS）任务之间的共轭观测，我们提出了数十至数百keV的电子沉淀到电离层的证据，这些电子沉淀可能是由与磁尾电子注入和磁场梯度相关的动力学阿尔文波（KAWs）驱动的。测试粒子模拟适合于观察表明，双极化前沿磁场梯度和相关的$\nabla B$漂移允许注入的电子和KAWs之间的多普勒频移朗道共振，产生电子的空间散射在整个前端，导致俯仰角减小和随后的沉淀。测试粒子结果表明，这种KAW-driven沉淀可以解释低于$\sim$ 300 keV的ELFIN观测。
2022-07-19 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic wave activity and proton heating in 3D hybrid simulations of decaying balanced and imbalanced Alfvénic turbulence
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
该研究通过三维混合模拟对比平衡与不平衡阿尔文湍流，发现交叉 helicity 是控制无碰撞湍流等离子体大尺度演化、动力学活动和能量耗散的关键参数，平衡湍流的能量耗散与质子加热更显著。
2026-10-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
The effect of oxygen ions on the stability and polarization of Kinetic Alfvén Waves in the Magnetosphere
动力阿尔文波（KAW）最引人注目的特性之一是，与阿尔文电磁离子回旋（EMIC）波不同，这些波在等离子体框架中是右旋极化的。特别是，这个签名属性是关键的识别KAW从原位测量等离子体波。从理论上讲，质子-电子等离子体中KAW的色散关系和极化特性研究得最多。然而，大多数天体物理和空间等离子体都是多物种的，因此在这些系统中，KAW的色散特性可能不仅取决于质子和电子分布的宏观参数，而且还取决于较重离子的参数。在这里，使用Vlasov线性理论，我们研究的多物种等离子体中的Alfvénic模式的色散特性组成的电子，质子，和O $^+$离子，宏观等离子体参数相关的内磁层。与最近的观察一致，我们的数值计算结果表明，O $^+$离子的存在允许KAW的存在在更宽的波数范围内，并在较小的波法线角相比，电子-质子的情况下，但在同一时间各向同性O $^+$离子往往会减少（甚至抑制）的增长率不稳定的KAW各向异性质子触发。这些结果表明，磁层离子可能发挥重要作用的能量转移从大的宏观尺度到亚离子和电子尺度，特别是在强烈的磁暴，O $^+$离子可以主导的等离子体成分在磁层内。
2021-04-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Inverse cascade and magnetic vortices in kinetic Alfvén-wave turbulence
采用哈密顿双场回转流体模型，考虑离子有限Larmor半径修正和平行磁场涨落，研究了磁化电子-质子等离子体中运动Alfvén波的逆级联.在垂直于环境场的方向上，级联的动力学是非局部的，并且波周期与驱动尺度下的特征非线性时间的比率$χ_f$影响其某些性质。例如，在小的值$χ_f$，参数衰减不稳定性的模式驱动的强迫可以发展，增强了一段时间的逆传输。当两个反向传播的波被相等地驱动时，在早期获得的平衡状态在小的$χ_f$下也变得不稳定，导致逆级联。对于小于几个单位的$β_e$，当达到低色散光谱范围时，级联减慢。对于较高的$β_e$，KAW与Alfvén频率之比显示局部最小值。在相应的横向波数下，形成凝聚，抑制了向更大尺度的级联。取决于参数，平行的逆级联可以发展，增强一般形成的离子尺度磁涡旋的伸长。
2021-03-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
-8/3 spectrum in kinetic Alfvén wave turbulence: implications for the solar wind
大尺度太阳风湍流的本质在磁流体力学的理论框架中得到了较好的理解。在亚质子尺度下，不同航天器测量的磁能谱与经典湍流预言不符，情况则完全不同：一般报道的幂律指数接近于$-8/3$，而与强湍流和波湍流的预言（分别为$-7/3$和$-5/2$）相差甚远。这种差异被认为是太阳风湍流的主要问题。在这里，我们用弱动力学Alfvén波湍流的非线性扩散模型表明，级联由局部三元相互作用驱动（Passot和Sulem，2019），可以出现幂律指数为$-8/3$的磁谱。该缩放对应于具有遵循规律$k_f \sim (t_*-t)^{-3/4}$的前沿传播的第二类自相似解，其中$t<t_*$。当我们放松通常在湍流中所作的平稳性的隐含假设时，这个解就出现了。理论与观测的一致性可以解释为亚质子尺度太阳风湍流非定常性的证据。
2019-06-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
AWECS: A Linear Gyrokinetic Delta-f Particle-in-Cell Simulation Code for the Study of Alfvenic Instabilities in High-Beta Tokamak Plasmas
开发了一个一维线性回旋动力学程序AWECS，用于研究高β托卡马克等离子体中Alfvenic不稳定性的动力学激发，β为热压力与磁压力之比。它旨在描述与广泛的频率和波长相关的物理学。例如，AWECS能够模拟动力学气球模式，阿尔芬离子温度梯度驱动模式，以及由于高能粒子的阿尔芬不稳定性。此外，AWECS可用于研究低β区的漂移-阿尔芬不稳定性。在这里，代码的布局和所使用的数值方法进行了说明。AWECS是基准对其他代码和收敛性研究进行。
2008-06-27 physics.plasm-ph
Interstellar Medium Modulation of Nonlinear Kinetic Alfvén Morphology in Structured Galactic Environments
School of Computing and Artificial Intelligence, Southwest Jiaotong University（西南交通大学计算机与人工智能学院）；School of Physical Science and Technology, Southwest Jiaotong University（西南交通大学物理科学与技术学院）；Department of Physics, Guru Nanak Dev University（古鲁纳克德夫大学物理系）
本研究探讨了星际介质中非线性动能阿尔文结构的形态调控，通过分析多组分模型揭示了等离子体参数对孤子特性的影响。
2026-02-11 physics.plasm-ph
Imbalanced kinetic Alfvén wave turbulence: from weak turbulence theory to nonlinear diffusion models for the strong regime
本文采用保留离子有限Larmor半径修正、平行磁场涨落和电子惯性的动力学Alfvén波的双场哈密顿陀螺流体模型，研究了从MHD到亚离子尺度的湍流级联。特别注意的情况下，沿或相反的环境磁场传播的波之间的不平衡。对于弱湍流在电子惯性的情况下，动力学方程的保守量（总能量和广义交叉螺旋）的谱密度。他们提供了一个全球性的描述，在大尺度上减少MHD和电子减少MHD在小尺度上，以前在文献中考虑的制度之间的匹配。在超局域相互作用的限制下，导出了Fourier空间中的Leith型非线性扩散方程，并通过适当修改传输时间，将其推广到强湍流区。讨论了非平衡磁流体力学和平衡亚离子湍流与现有唯象模型的关系。事实证明，在色散效应的存在下，动力学对湍流保持稳定状态的方式很敏感。此外，在亚离子尺度下的总能量谱变得陡峭的广义交叉螺旋通量的增加。
2019-02-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Comment on "Electromagnetic Global Gyrokinetic Simulation of Shear Alfven Wave Dynamics in Tokamak Plasmas" [Phys. Plasmas 14, 042503 (2007)]
这一评论澄清了最近发表的一篇文章[Phys.Plasmas 14，042503（2007）]中的研究与其他先前的出版物的关系，这些出版物解决了在回旋运动模拟中包含电磁和漂移动力学电子物理学，提出了与在具有磁剪切的系统中包含动力学电子有关的问题，并且讨论了在面对其中描述的算法的一般适用性的重要限制时的替代方案。
2007-10-26 physics.plasm-ph
The role of the thermal properties of electrons on the dispersion properties of Alfvén waves in space plasmas
本文在全动能线性理论下研究了电子热性质对Alfvén波极化及从EMIC到KAW转变的影响，发现温度比$T_e/T_p$在动能尺度对极化有显著影响，且暖等离子体中KAW的物理过程不可忽略电子惯性。
2024-07-04 physics.plasm-ph
A Model for Dissipation of Solar Wind Magnetic Turbulence by Kinetic Alfvén Waves at Electron Scales: Comparison with Observations
在流体动力学湍流中，耗散尺度的长度取决于能量级联率，即，每单位质量的能量输入率越大，就越需要将湍流波动驱动到越来越小的尺度以耗散更大的能通量。磁谱能量密度的观测表明，这种直观的图像是不成立的太阳风湍流。耗散似乎在不同的太阳风条件下以相同的长度尺度开始，与能量通量无关。为了更详细地研究这种差异，我们提出了一个解析耗散模型太阳风湍流在电子尺度上，我们观察到的谱密度进行比较。我们的模型结合了从大尺度到小尺度的能量传输和无碰撞阻尼，这将能量从动力学机制中的磁波动中去除。我们假设动力学Alfvén波（KAW）的波粒相互作用是主要的阻尼过程。由热等离子体色散关系得到了KAW的波频率和阻尼率。我们的模型假设一个临界平衡湍流，较大的能量级联率激发较大的平行波数为一定的垂直波数。如果耗散是额外的波浪驱动，使得耗散率与平行波数成比例（如KAW），则能量级联率的增加被相同垂直波数的耗散率增加抵消，导致耗散长度与能量级联率无关。
2017-01-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Stochastic proton heating by kinetic-Alfvén-wave turbulence in moderately high-$β$ plasmas
随机加热是指带电粒子的平均磁矩与电磁波动相互作用的增加，电磁波动的频率小于粒子的回旋频率。当陀螺仪波动的幅度超过一定阈值时，就会出现这种加热，导致垂直于磁场的平面中的粒子轨道变得随机而不是近似周期性。我们考虑了阿尔文波（AW）和动力学阿尔文波（KAW）湍流对质子的随机加热，这可能对太阳风的加热做出重要贡献。利用唯象理论，我们导出了等离子体中的随机质子加热率，其中$β_{\rm p} \sim 1-30$，其中$β_{\rm p}$是质子压力与磁压力的比值。(We不考虑$β_{\rm p} \gtrsim 30$状态，在该状态下质子陀螺标度的KAWs变为非传播。）我们测试我们的公式的随机加热率的数值跟踪测试粒子质子相互作用的频谱随机相位AWs和KAWs。以前的研究表明，在$β_{\rm p} \lesssim 1$，粒子主要是由静电势的时间变化和热质子陀螺轨道的随机主要是由静电势的陀螺波动。相比之下，在$β_{\rm p} \gtrsim 1$，粒子主要由电场的螺线管分量激励，热质子陀螺轨道主要由磁场中的陀螺尺度波动随机化。
2018-11-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Effects of wave damping and finite perpendicular scale on three-dimensional Alfven wave parametric decay in low-beta plasmas
本文首次通过三维开放边界混合模拟研究低β等离子体中动理学阿尔芬波参量衰变不稳定性，揭示波阻尼（碰撞阻尼、几何衰减和离子朗道阻尼）是限制其激发的关键因素，而垂直波尺度本身影响不显著。
2024-05-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Damped Kinetic Alfvén Waves in Earth's Magnetosheath: Numerical Simulations and MMS Observations
本研究通过数值模拟和MMS观测，揭示了兰道阻尼在地球磁鞘中调控动能阿伏伽德罗波湍流能量耗散的作用机制。
2025-12-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Landau Damping of Kinetic Alfvén Waves in Simulated Magnetosheath Turbulence
湍流被认为在太阳风等离子体的加热中发挥了作用，尽管关于在日光层中驱动这一过程的机制的确切性质仍有许多问题有待解决。特别是，在湍流级联的动力学耗散范围内，粒子与湍流电磁场之间的无碰撞相互作用的物理学仍然没有完全理解。磁层多尺度（MMS）观测的间隔最近的分析使用场粒子相关技术来证明，电子朗道阻尼参与地球磁鞘中的湍流耗散。基于这一发现，我们进行了一个高分辨率的gyrokinetic数值模拟的湍流在MMS间隔调查的作用，电子朗道阻尼耗散的湍流能量。我们采用场粒子相关技术对我们的模拟数据，我们的结果进行比较，已知的速度空间签名的朗道阻尼耗散范围外，并评估净电子阻尼。我们发现定性的数值和观测结果之间的协议的一些关键方面的ESTA和推测的性质的分歧，根据实验因素，如分辨率的差异，和发展的见解的性质的场粒子相互作用的存在下，色散动力阿尔文波。
2020-09-10 physics.plasm-ph
Sub-ion scale current sheets in kinetic Alfvén wave turbulence
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）；Victoria University of Wellington（惠灵顿维多利亚大学）；Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理斯大学数学物理学院）
本研究通过PIC模拟探讨了KAW湍流中亚离子尺度电流片的形成机制及其在耗散中的作用。
2026-01-26 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Magnetic Energy Transfer and Distribution between Protons and Electrons for Alfvénic Waves at Kinetic Scales in Wavenumber Space
湍流耗散被认为是宇宙等离子体加热和加速的主要来源。交流焦耳项$\langleδj \cdot δE\rangle$用于测量电磁场和粒子之间的能量传递。由于电场依赖于参考坐标系，在哪个坐标系中计算$\langleδj\cdot δE\rangle$是一个重要的问题。我们计算了波矢空间中尺度相关的能量转移率谱，并研究了两个参考系中的电场起伏：平均整体流参考系中的$δE$和局部整体流参考系（非惯性参考系）中的$δE'$。考虑Alfvénic波，我们发现，$\langleδj\cdotδE^\prime\rangle$，它忽略了所做的工作的离子惯性力的贡献，是不一致的磁场能量阻尼率（$2γδB^2$）根据线性麦克斯韦-伏拉索夫理论，而$\langleδj\cdot δE\rangle$是完全相同的$2γδB^2$在波数空间$(k_\parallel, k_\perp)$，其中$γ$是线性阻尼率。在典型的1 au太阳风条件下，我们发现，在我们的理论计算中，场能量主要转化为质子动能留下剩余的小部分电子。虽然电子在垂直于平均磁场的方向上获得能量，但它们在平行方向上返回其动能的很大一部分。磁场涨落可以在平行和垂直自由度之间传递粒子能量。因此，$\langleδj_\parallel\cdot δE_\parallel\rangle$和$\langleδj_\perp\cdot δE_\perp\r…
2020-04-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar wind acceleration by the dissipation of Alfven waves
Axford和McKenzie [1992]认为脉冲重联事件释放的能量会产生高频Alfvén波。在无规相位近似下，导出了波的谱能量密度的动力学方程。求解这个方程，我们发现在低频范围内具有幂律“-1”的波谱，它与具有幂低"-1.6“的波谱制动器以上的波谱相匹配。''得到了由于阿尔文波的耗散而引起的太阳风质子的加热率。
1999-02-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Nature of Subproton Scale Turbulence in the Solar Wind
太阳风中亚质子尺度波动的性质是一个悬而未决的问题，部分原因是可能发生两种类似的电磁湍流：动力学阿尔芬湍流和哨声湍流。然而，这两种可能性有一个关键的质的区别：哨声湍流，不像动力学阿尔芬湍流，在密度波动中的力量可以忽略不计。在这封信中，我们提出了新的观测数据，以及分析和数值结果，调查这种差异。结果表明，第一次，远低于质子尺度的波动主要是动力学阿尔芬湍流，如果存在的话，哨声波动只占总能量的一小部分。
2013-05-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
