太陽風湍流間歇對譜各向異性的調製及其產生機制

《太陽風湍流間歇對譜各向異性的調製及其產生機制》是依託北京大學，由塗傳詒擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：太陽風湍流間歇對譜各向異性的調製及其產生機制
• 項目負責人：塗傳詒
• 項目類別：面上項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

太陽風湍流被認為是太陽風加熱的能源，是影響對空間飛行有傷害作用的日球層高能粒子傳播的媒介。然而，太陽風湍流的本質仍不清楚，其核心的研究課題是能量串級機制。太陽風湍流譜各向異性現象目前被認為表征太陽風湍流存在臨界平衡串級。可是，本研究組的近期工作(Wang, X., Tu, C.-Y. et al., 2014, ApJL)發現，間歇強度對譜各向異性程度有控制作用。這一發現為譜各向異性的起源提出了新的可能性，開闢了研究太陽風湍流串級機制的新方向。本申請計畫沿著這一新方向，研究太陽風湍流的本質。我們將用WIND等衛星的觀測數據，結合已有的關於譜各向異性和間歇結構的研究方法，以及本研究組創造的確定間歇強度影響各向異性程度的新方法，進一步研究譜各向異性的產生機制，間歇結構特性和起源，揭示控制兩現象相關特徵的能量串級機制，建立描述譜各向異性及其與間歇關係的理論模型，揭示太陽風湍流的能量串級特性。

結題摘要

太陽風小尺度湍流的兩個重要特性是其間歇性和譜各向異性。學術界主流觀點認為太陽風湍流功率譜的各向異性的產生機制是由“臨界平衡串級理論”描述的。本項目通過對觀測數據的詳細分析發現譜各向異性是由湍流間歇產生的，不適合用“臨界平衡串級理論”的描述，具體內容如下：（1）太陽風小振幅擾動呈現出的較弱的譜各向異性 （2）太陽風湍流不符合臨界平衡串級理論假設條件（3）太陽風湍流間歇結構表現為各向異性，其垂直尺度小於平行尺度 （4）具有冪律譜的上傳阿爾芬擾動表現為各向異性。數值模擬研究給出：（1）發現去除間歇後垂直譜變陡，各向異性減弱 （2）強湍流下湍流間歇結構各向異性消失 （3）湍流間歇結構旋轉間斷面是由於阿爾芬波的陡化產生，而湍流中磁力線管的擠壓及分離導致切向間斷面的形成和瓦解；切向間斷面可引起平行垂直溫度增加，旋轉間斷面沒有。這些研究成果表明，沒有理論能描述太陽風湍流的間歇性與譜各向異性的關係，需要建立新的磁流體湍流模型，為太陽風湍流的研究開闢了新的研究方向。