Normal07.8 磅02falsefalsefalseEN-USZH-CNX-NONE动理论Alfven波(KAW)或许是空间和天体等离子体中最炙手可热的波模了。而想要说清楚什么是KAW，我们可以从更熟悉的剪切Alfven波开始。在磁流体力学(MHD)描述中，线性剪切Alfven波不可压、无色散、不带来平行电场。由于最后这一点，人们在讨论极光粒子加速或更广义的粒子加速及能化问题时，往往觉得纯粹的剪切Alfven波无能为力。幸运的是，当垂直于背景磁场方向的波长与离子回旋半径相当时，剪切Alfven波变得有色散且对应有平行电场，从而受到研究者的广泛关注。这种极度倾斜的Alfven波被称为动理论Alfven波，它是色散Alfven波的一种。

那么什么是孤波呢？我们知道非线性是等离子体的内秉特性之一。从波动的角度，它自然导致波动的陡化等畸变。是不是所有的非线性波在传播过程中都必然畸变呢？其实也并不如此，因而还有色散这一因素可以与波动的陡化抗衡。当两者恰好平衡时，我们就有了所谓孤波或孤立子。

什么又是畸形波呢（freak waves或rogue waves）？这类波动最早发现于海洋学研究中，粗略地定义为大振幅、自发出现的表面波。由于波能聚集在很小的空间尺度内，这类波动可能对航船构成重大危险。畸形波的成因至今仍无定论，但其研究早已不局限于海洋学，而已拓展到大气科学、非线性光学、表面等离子激元学等学科中。等离子体物理学自然也不例外。

在很多空间和天体环境中，非线性动理论Alfven波起着重要作用。对于太阳大气来说，当磁流体扰动由色球或更低层次向上传播入日冕时，由于Alfven速度随高度显著降低，Alfven波波幅会自然升高，从而进入非线性范畴。有研究显示，非线性KAW与日冕离子的相互作用可以自然解释冕洞区域离子的横向优势加热，也可以充当耀斑过程中质子束流动能转化为热能的有效媒介。

我们利用双势理论，讨论了电子-离子等离子体中非线性KAW波的行为。为此，我们首先利用约化摄动方法，得到了描述非线性KAW的KdV方程。需要说明的是，这是国际上首个利用这一方法得到非线性KAW控制方程的研究。我们进而得到了非线性薛定谔方程，从而首次得到了动理论Alfven畸波解。就像海洋畸形波可能倾覆海船，我们预期KAW畸波可能对带电粒子的运动有着重要影响。我们这一研究专注于KAW畸波解本身的描述，可以看成是这一重要研究方向的起步工作。

这一研究结果(Bains, Li, and Xia, Kinetic Alfven solitary and rogue waves in superthermal plasmas)已发表于流体和等离子体物理领域最为知名的期刊Physics of Plasmas（影响因子为2.38）。这一研究得到了国家自然科学基金、教育部博士点基金、山东省自然科学杰出青年基金的支持。

下图为KAW一个可能的畸形波解。

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