Intermittency in Weak Magnetohydrodynamic Turbulence
利用衰减直接数值模拟方法研究了在强均匀磁场${\bf b_0}$和零交叉螺旋度下不可压缩弱磁流体动力学湍流的间歇性。在领先的顺序,这一制度是通过三波共振相互作用与这些波中的两个散射的第三/慢模式,其中$k_{\parallel} = 0$。当与慢模的相互作用被人为地减少时,系统表现出具有$k_{\perp}^{-3/2}$的能谱,而具有$k_{\perp}^{-2}$的预期精确解被恢复为具有完整的非线性系统。在后一种情况下,当结构函数的矢量分离横向于${\bf b_0}$时,发现强不稳定性-与预期自相似的经典弱湍流不一致。这一令人惊讶的结果,这是第一次在这里报告,可以解释的影响,慢模式的制度属于强湍流。我们推导出一个新的对数泊松定律,$ζ_p = p/8 +1 -(1/4)^{p/2}$,它完全符合数据,并突出了电流片的主导作用。
2014-09-07 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Anisotropy and intermittency in drift-wave turbulence with zonal flows: a two-dimensional continuous wavelet analysis
Institute of Materials and Systems for Sustainability, Nagoya University(名古屋大学材料系统可持续研究所);Institut de Mathématiques de Marseille (I2M), Aix-Marseille Université, CNRS(马赛数学研究所(I2M),艾克斯-马赛大学,法国国家科学研究中心);National Institute for Fusion Science(国立核聚变科学研究所)
研究带状流漂移波湍流中小尺度下的各向异性和空间间歇性,采用二维方向连续小波变换,应用于修正长谷川-若谷模型涡度场,得出二阶矩在垂直带状流方向增强、空间间歇性在沿带状流方向更显著的结论。
2026-07-14 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Anisotropic Intermittency of Magnetohydrodynamic Turbulence
利用STEREO航天器在快速环境太阳风中的测量结果,对惯性范围磁流体动力学湍流的空间各向异性进行了高阶多尺度分析。我们第一次表明,当测量平行于本地磁场方向,完整的统计签名的磁场和Elsässer场波动是一个非高斯的全球尺度不变的过程。这不同于当局部磁场垂直于流动方向时观察到的经典多指数统计。这些意见被解释为一个平行的磁流体湍流能量级联的弱点,或缺乏的证据。因此,这些结果提出了强有力的观测约束湍流等离子体中的不稳定性的统计性质。
2013-11-23 physics.plasm-ph physics.space-ph
Intermittency of Energy Dissipation in Alfvenic Turbulence
我们研究的能量耗散的Alfvenic湍流的粗粒度的能量耗散率的统计,使用直接测量的磁流体动力学湍流的数值模拟和替代测量从太阳风。我们比较结果的对数正态和对数泊松随机级联模型的预测。我们发现,一个很好的近似,对数正态模型描述的概率密度函数的能量耗散在很宽的尺度范围内,但不准确地描述的时刻的标度指数。对数泊松模型更好地描述了各时刻的标度指数,而与概率密度函数的比较并不简单。
2015-12-23 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-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
Origin of Lagrangian Intermittency in Drift-Wave Turbulence
研究了耗散漂移波湍流的拉格朗日速度统计。对于绝热性(或小碰撞性)的大值,拉格朗日加速度的概率密度函数显示指数尾,而不是拉伸指数或代数尾,通常观察到的高度间歇性加速的Navier-Stokes湍流。这种指数分布被证明是一个强大的功能独立的雷诺数。对于较小的绝热性,代数尾巴观察,这表明强的影响点涡状动力学的加速度。的概率密度函数的形状和自相关的规范的加速度之间的因果关系。
2010-09-28 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
One-point statistics and intermittency of induced electric field in the solar wind
利用太阳风时间序列研究了行星际感应电场e=vxb。从数据中测量了电场分量的概率分布函数(PDF),并讨论了它们的非高斯性。此外,我们第一次表明,电场湍流的特点是不连续性。这一点是通过研究,像往常一样,缩放的PDF字段增量,它允许定量表征的不稳定性。
2004-05-26 astro-ph nlin.CD physics.plasm-ph
Non-perturbative models of intermittency in edge turbulence
本文提出了等离子体边缘湍流中团密度的概率分布函数尾部理论。一个简化的快速对流径向输送模式。理论上预测的PDF尾部证实了早期的边缘传输测量,进一步证实了边缘传输的强非高斯特征。结果表明,增大液滴的截面尺度长度($L_x$和$L_y$)可使输运增大,而增大环形尺度长度($L_z$)可使PDF减小.结果表明,对于较大的团块速度$v_b$,PDF减小。
2009-01-15 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Machine-Learning Characterization of Intermittency in Relativistic Pair Plasma Turbulence: Single and Double Sheet Structures
针对磁化等离子体湍流中间歇性的认知难题,提出基于多特征统计相似性的机器学习湍流结构聚类方法,在对等离子体湍流模拟中识别出电流片与双片两类间歇性结构,为 realistic 湍流亚网格模型构建提供关键依据。
2025-05-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Turbulence, intermittency and cross-scale energy transfer in an interplanetary coronal mass ejection
本文利用Wind卫星数据研究ICME中的MHD湍流,通过谱指数、平坦度标度指数和三阶矩标度律验证湍流充分发展,并发现ICME鞘层内能量传输率异常高且间歇性增强。
2022-12-13 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
On the effect of intermittency of turbulence on the parabolic relation between skewness and kurtosis in magnetized plasmas
本文的目的是促进科学的讨论,已经引发了实验观察的峰度和偏度之间的二次关系的湍流波动存在于聚变等离子体和其他非线性物理系统。在本文中,我们提供了一个一般的统计模型,该模型将观测到的$K = aS^2 + b$关系归因于实验信号的变化不稳定性。该模型是一个双随机变量模型,其构造是为了捕捉真实信号的本质间歇性特征。其中一个变量是潜在的间歇性事件(例如湍流结构)的振幅,而另一个变量则与系统的不稳定性水平有关。这个简单的模型可以将物理意义归因于$a$和$b$系数,因为它们表征间歇事件的时空统计。通过构造一个粒子守恒的高斯模型,可以很好地再现实验测量的$a$和$b$系数。
2014-02-18 physics.plasm-ph
Non-gaussian probability distribution functions in two dimensional Magnetohydrodynamic turbulence
采用高分辨率的二维数值模拟方法对MHD湍流中的间歇性进行了分析。我们证明了Elsasser场、磁场和速度场涨落的概率分布函数依赖于尺度,即它们是自仿射的。PDF与高斯函数的偏离可以通过单个参数的标度行为来描述,该标度行为是通过将PDF与Castaing等人(1990)对乘法模型进行分析得到的给定曲线进行拟合而获得的。参数λ r^2的标度行为可用于提取关于不透明度的信息。本文还比较了不同磁流体湍流中的湍流特性。
2001-01-30 nlin.CD 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
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
Intermittency and Dissipative Structures Arising from Relativistic Magnetized Turbulence
本研究通过广义She-Leveque模型分析相对论磁化湍流的间歇性,揭示耗散结构维数与填充率随磁化强度和磁场涨落的变化,为包含相干结构粒子加速的新理论提供依据。
2024-03-15 astro-ph.HE 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
Spectral anisotropies and intermittency of plasma turbulence at ion kinetic scales
利用三维高分辨率混合模拟方法,研究了离子动力学尺度附近和以外的磁场谱各向异性特性。通过使用傅立叶分析和基于多点二阶结构函数技术的局部分析,我们表明,所观察到的各向异性小于标准波简正模湍流理论所预期的,尽管非线性能量传输仍然是在垂直方向上,仅在平行方向上平流,如预期的那样平衡非线性能量传输时间和去相关时间。这样的结果可以用一个唯象模型来解释,该模型基于在垂直于局部平均场的平面中形成强间歇性二维结构,这些结构最终取决于尺度而具有一定的规定纵横比。该模型支持小尺度结构,如重连电流片,有助于显着的湍流级联的形成在动力学尺度的想法。
2019-04-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spatial intermittency of particle distribution in relativistic plasma turbulence
该研究针对相对论磁主导湍流中加速粒子的空间分布特性,结合PIC模拟与唯象建模,发现本体等离子体密度呈对数正态分布、加速粒子密度呈幂律分布且标度指数满足β≈α+1,为等离子体加热及湍流辐射研究提供新视角。
2023-06-03 physics.plasm-ph
Intermittency of Solar Wind Density Fluctuations From Ion to Electron Scales
利用Spektr-R航天器的高时间分辨率法拉第杯测量,研究了动力学尺度下太阳风密度波动的不稳定性。结果发现,波动的概率密度函数(PDF)在这个范围内是高度非高斯的,但不显示大的形状变化与规模。这些性质在统计学上与磁涨落的性质相似,对于理解太阳风中小尺度湍流的动力学是很重要的。可能的解释的行为的密度和磁波动进行了讨论。
2014-05-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Intermittent, Reflection-Driven, Strong Imbalanced MHD Turbulence
本文提出考虑间歇性和阿尔芬波反射的强不平衡MHD湍流唯象模型,其谱斜率和标度指数预测与帕克太阳探测器观测吻合,并揭示反射驱动间歇性会增强小尺度平行波数,从而可能增加太阳风和日冕中的离子回旋加热。
2025-02-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
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
Sub-Alfvenic Solar Wind observed by PSP: Characterization of Turbulence, Anisotropy, Intermittency, and Switchback
在磁场占主导地位的低日冕区域,阿尔芬速度远高于风速。相比之下,近地太阳风是强烈的超阿尔文风,即,风速大大超过阿尔芬速度。这些制度之间的过渡被经典地描述为“阿尔芬点”,但实际上可能发生在一个分布式阿尔芬临界区。美国宇航局的帕克太阳探测器(PSP)任务已经进入这一区域,因为它遵循一系列逐渐接近太阳的轨道。在第8次和第9次与太阳相遇期间,PSP在距离太阳16个太阳半径的地方,对四个延长的时期进行了采样,其中太阳风的速度被测量为小于当地的阿尔芬速度。这是PSP首次在日光层内对亚阿尔夫文太阳风进行现场探测。在这里,我们探讨这些样本的亚阿尔夫文太阳风,这可能会提供重要的预览的物理过程中运行在较低的高度。具体来说,我们的特点的湍流,各向异性,不稳定性,和方向性的回折属性,这些子Alfvenic风和对比这些与邻近的超Alfvenic期间。
2022-01-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph