From global gyrokinetic simulations of toroidal ion temperature gradient-driven (ITG) turbulence, we identify two distinguished regimes where zonal flow generation and its radial pattern formation is governed by either phases or amplitudes of the turbulence spectrum. When the unstable region is wider than the correlation length of ITG modes, the zonal flow structure changes in a turbulence time scale. We newly uncover that the radial phases of ITG modes determine the evolution of the zonal flow structure. Synchronization of mode phases induced by the global zonal flow drives a fine-scale zonal flow pattern. With a narrow unstable region comparable to the mode correlation length, the phase effect almost vanishes. In this regime, we recover that the modulational instability promptly amplifies a coherent zonal flow, leading to a lower turbulence saturation level. This finding explains the reduction of turbulent transport at a narrow width of the strong gradient region, which has been attributed to the system size effects in ion-scale gyrokinetic turbulence.
全球ジャイロ運動論的シミュレーションによるトロイダルイオン温度勾配駆動（ITG）乱流から、帯状流の生成とその径方向パターンが乱流スペクトルの位相または振幅のいずれによって支配される、二つの異なる領域を同定する。不安定領域がITGモードの相関長よりも広い場合、帯状流構造は乱流時間スケールで変化する。我々は、ITGモードの径方向位相が帯状流構造の時間発展を決定することを新たに明らかにする。グローバルな帯状流によって誘起されるモード位相の同期化は、微細スケールの帯状流パターンを駆動する。不安定領域がモードの相関長に匹敵するほど狭い場合、位相効果はほぼ消失する。この領域では、変調不安定性がコヒーレントな帯状流を迅速に増幅し、より低い乱流飽和レベルをもたらすことを再現する。この発見は、強い勾配領域の狭い幅における乱流輸送の低減を説明するものであり、これは従来イオンスケールのジャイロ運動論的乱流におけるシステムサイズ効果に帰属されてきた。