湍流等离子体中的相干结构与谱能量传输：一种空间滤波方法
等离子体物理
2018-03-28 v2 空间物理
摘要
在离子惯性长度量级尺度上的等离子体湍流由若干机制介导，包括线性波阻尼、磁重联、薄电流片的形成与耗散、随机加热。现已认识到，局域化相干结构的存在增强了等离子体的耗散通道与动力学特征。然而，迄今为止尚未有正式的方法来量化尺度间能量传输与空间结构存在之间的关系。在本快报中，我们通过分析一个二维高分辨率 Hall-MHD 模拟的结果来量化此种关系。具体而言，我们采用空间滤波技术推导出一个谱能量通量项，该项在计算域的任意点定义了跨越给定波数的带符号谱能量通量。相干结构的表征通过传统的二维小波变换进行。通过研究谱能量通量与小波振幅之间的关联，我们证明了尺度间传输与相干结构之间的强关系。此外，通过将一个量对另一个量进行条件化，我们首次能够量化由磁场中拓扑结构所诱导的湍流级联的非均匀性。考虑到相干结构的低填充因子（即它们仅覆盖空间的很小一部分），结果表明 80% 的谱能量传输（包括正向与反向级联方向）局域在约 50% 的空间中，而 50% 的能量传输仅局域在 25% 的空间中。
引用
@article{arxiv.1711.00291,
title = {Coherent structures and spectral energy transfer in turbulent plasma: a space-filter approach},
author = {Enrico Camporeale and Luca Sorriso-Valvo and Francesco Califano and Alessandro Retinò},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.00291},
year = {2018}
}
备注
to appear in Phys. Rev. Lett