用于研究强等离子体湍流起始的小波方法

小波基函数是分析含有不同空间尺度局地相干结构的湍流的自然工具。此处，小波被用于研究从层流状态到充分发展湍流的起始及后续转捩。该迭代小波技术最初应用于中性流体湍流，将场分解为相干与非相干贡献。与傅里叶功率谱、有限时间李雅普诺夫指数（FTLE）以及如场增量的非高斯统计等简单间歇度量不同，小波技术被发现有用于湍流起始的定量度量，并能追踪向充分发展湍流的转捩。小波方法对相干电流片的结或底层等离子体模型不作任何假设。发现相干与非相干小波涨落的时间演化分别与磁场能量和等离子体热能高度相关。湍流的起始被识别为跨尺度范围扩散的非相干涨落背景的快速增长以及相应的相干分量下降。这暗示可将相干与非相干小波涨落分别解释为相干结构（如电流片）与耗散的度量。发现非相干与相干涨落之比 $R_{ic}$ 在不同等离子体模型中相当一致，并提供了湍流起始的经验阈值。该技术通过实例说明。首先，应用于来自不同模拟模型的 Kelvin--Helmholtz 不稳定性，包括全动力学、混合（动力学离子/流体电子）和 Hall MHD 模拟。其次，应用于磁层模拟中弓激波下游湍流的演化。