The nonlinear evolution of the Kelvin–Helmholtz (KH) instability at a transverse velocity shear layer in an inhomogeneous space plasma is investigated by means of a four-dimensional (two spatial and two velocity dimensions) electromagnetic Vlasov simulation. When the rotation direction of the primary KH vortex and the direction of ion gyro motion are the same (i.e., the inner product between the vorticity of the primary velocity shear and the magnetic field vector is negative) there exists a strong ion cyclotron damping. In this case, spatial inhomogeneity inside the primary KH vortex is smoothed and the secondary Rayleigh–Taylor/KH instabilities are suppressed. It is also found that another secondary instability on the electron inertial scale is simultaneously generated at secondary shear layers for both cases, but at different locations. The small-scale secondary instability takes place only when the inner product between the vorticity of the secondary shear layer and the magnetic field vector is positive, suggesting the damping of small-scale processes by ion gyro motion. These results indicate that secondary instabilities occurring in the nonlinear stage of the primary KHI show different evolutions depending on the sign of the inner product between the magnetic field and the vorticity of the velocity shear layer.
非一様な宇宙プラズマ中の横方向速度シア層におけるケルビン・ヘルムホルツ（KH）不安定性の非線形発展を、4次元（2空間次元および2速度次元）電磁Vlasovシミュレーションにより調べた。一次KH渦の回転方向とイオンジャイロ運動の方向が同じ場合（すなわち、一次速度シア層の渦度と磁場ベクトルの内積が負の場合）、強いイオンサイクロトロン減衰が存在する。この場合、一次KH渦内部の空間的不均一性は平滑化され、二次レイリー・テイラー／KH不安定性は抑制される。また、電子慣性スケールにおける別の二次不安定性が、両方のケースで二次シア層において同時に生成されるが、その位置は異なることが見出された。小スケールの二次不安定性は、二次シア層の渦度と磁場ベクトルの内積が正の場合にのみ発生し、これはイオンジャイロ運動による小スケール過程の減衰を示唆している。これらの結果は、一次KH不安定性の非線形段階で生じる二次不安定性が、磁場と速度シア層の渦度の内積の符号に依存して異なる発展を示すことを示している。