热等离子体非线性对扭曲阿尔夫文极限模的非线性饱和机制

使用气动力学粒子-网格仿真和理论分析，我们研究了热等离子体非线性引起的扭曲阿尔夫文极限模（TAE）的非线性饱和。在过滤掉 zonal 场的单扭曲模式数模拟中，我们发现 TAE 的饱和水平由热等离子体非线性控制，当 $\gamma_L/\omega_n > 0.47$ 时，其对线性驱动 $\gamma_L$ 依赖性较弱，即饱和水平具有“刚性”。我们发现 TAE 的频率随其�幅升高而降低，这由热等离子体普遍存在的相空间 zonal 结构（PSZS）所致。在 TAE 饱和最终通过模式合并进入连续谱中实现。随着这一过程进行，可以观察到相邻径向谐波的分离以及模式向能量性粒子模的转变。在包含 zonal 场的模拟中，zonal 场可本质上抵消热等离子体 PSZS 的作用，导致 TAE 饱和水平约为单扭曲模式数模拟的约两倍，这表明在评估 TAE 饱和水平时必须包含 zonal 模。