在日地空间环境中，太阳风作为从太阳上层大气射出的超声速等离子体，其湍流特性是空间飞行及环境研究的重要课题。磁流体湍流在能量从小尺度到大尺度的输运过程中扮演着关键角色，但传统磁流体动力学理论在解释离子尺度物理过程如何影响大尺度湍流方面存在局限性。特别是霍尔效应——这种在离子惯性尺度变得重要的物理效应，一直是学界关注的焦点。

力学研究所空天飞行高温气动全国重点实验室研究人员及国内合作者通过高精度数值模拟和帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）观测数据相结合的方法，取得了重要突破。研究发现，霍尔效应能够诱导速度场与磁场之间产生强烈的几何对齐，形成高交叉螺旋度状态，从而显著抑制湍流的反向级串效率，导致大尺度上磁能和螺旋度的积聚。这一新机制揭示了离子惯性尺度过程通过交叉螺旋度影响大尺度太阳风湍流的物理途径。该过程与涡旋管对电流片的挟带或哨声波的激发导致的电流片破坏密切相关。

值得注意的是，这项研究挑战了传统认知：在流体动力学湍流中，惯性尺度上的湍流强度完全由级串速率决定，且Kolmogorov系数具有普适性；然而在呈现反向级串特征的霍尔磁流体湍流中，这种普适性可能不再成立。这一系数会受到交叉螺旋度和霍尔效应的放大作用。该发现对理解极端空间天气事件、改进空间天气预报模式具有重要科学价值，为空间等离子体物理研究提供了新的视角。

https://doi.org/10.1017/jfm.2025.10559

图1 霍尔磁流体湍流中电流密度分布

图2 级串通量与交叉螺旋度联合概率密度分布。左：无霍尔效应；右：有霍尔效应；引入霍尔效应后，级串通量集中在交叉螺旋度较强、效率较低的区域

图3 太阳风数据验证。左：Hall效应引发交叉螺旋度；右：交叉螺旋度减弱级串效率