The two-field equations that govern fully nonlinear dynamics of the drift wave (DW) and geodesic acoustic mode (GAM) interaction in toroidal geometry are derived within the nonlinear gyrokinetic framework. Two stages with distinctive features are identified and analyzed using both analytical and numerical approaches. In the 'linear' growth stage, the derived set of nonlinear equations can be reduced to the intensively studied parametric decay instability, accounting for the spontaneous resonant excitation of GAM by the DW. The main results of previous works on spontaneous GAM excitation, e.g. the greatly enhanced GAM group velocity and the nonlinear growth rate of GAM, are reproduced from the numerical solution of the two-field equations. In the fully nonlinear stage, soliton structures are observed to form due to the balancing of the self-trapping effect by the spontaneously excited GAM and kinetic dispersiveness of the DW. The soliton structures enhance turbulence spreading from the DW linearly unstable region to the stable region, exhibiting convective propagation instead of a typical linear dispersive process, and are thus expected to induce core-edge interaction and nonlocal transport.
トロイダル幾何学におけるドリフト波（DW）と測地音響モード（GAM）の相互作用の完全非線形動力学を支配する2場方程式が、非線形ジャイロ運動論的枠組みの中で導出される。特徴的な性質を持つ2つの段階が特定され、解析的および数値的アプローチの両方を用いて分析される。「線形」成長段階では、導出された非線形方程式系は、DWによるGAMの自発的共鳴励起を説明する、集中的に研究されてきたパラメトリック崩壊不安定性に帰着できる。自発的GAM励起に関する先行研究の主要な結果、例えば大幅に増強されたGAM群速度やGAMの非線形成長率は、2場方程式の数値解から再現される。完全非線形段階では、自発的に励起されたGAMによる自己捕捉効果とDWの運動論的分散性の釣り合いにより、ソリトン構造が形成されることが観測される。ソリトン構造は、DW不安定領域から安定領域への乱流拡散を増強し、典型的な線形分散過程ではなく対流的伝播を示すことから、コア・エッジ相互作用と非局所輸送を誘起することが期待される。