The E × B staircase is a quasi-periodic pattern of pressure profile corrugations. In this work, we present a new mechanism for E × B staircase formation that involves resonant transport versus non-resonant transport. We start from a potential vorticity evolution system and use quasi-linear theory, a model dispersion relation, and a bi-Lorentzian spectrum approximation, to construct the relation between the fluxes and the profiles. With these fluxes, we close the profile evolution equations and the extended turbulence intensity evolution equation, which together constitute a turbulence-profile evolution system. In this system, the Doppler effect from the E × B mean flow can cause resonance between trapped ion precession motion and the trapped ion mode, which drives a resonant transport contribution to the fluxes. The profiles will be flattened where the resonant transport is switched on. In contrast, for the regions of non-resonant transport, profiles are steeper. A quasi-periodic pattern of profile corrugation (the E × B staircase) spontaneously emerges in this system, which is the two states mentioned above, arranged as alternating layers in space. The feedback processes during the staircase pattern formation are identified. An estimate of the critical value of the boundary heat flux is obtained, above which the staircase formation will be triggered. An estimate scaling of the step size in the staircase pattern is obtained. The resonant turbulent transport is also a mechanism for collisionless saturation of zonal flow. This work is related to internal transport barrier formation and suggests some new scenarios, such as an enhanced confined L mode.
E×B階段構造は、圧力分布の起伏における準周期的なパターンである。本研究では、共鳴輸送と非共鳴輸送の対比に基づく、E×B階段構造形成の新しいメカニズムを提示する。我々は、ポテンシャル渦度発展方程式系から出発し、準線形理論、モデル分散関係、および二重ローレンツ型スペクトル近似を用いて、フラックスと分布の間の関係を構築する。これらのフラックスを用いて、分布発展方程式と拡張された乱流強度発展方程式を閉じることで、これらは共に乱流-分布発展方程式系を構成する。この系において、E×B平均流からのドップラー効果は、捕捉イオンの歳差運動と捕捉イオンモードの間の共鳴を引き起こし、これがフラックスへの共鳴輸送の寄与を駆動する。共鳴輸送がオンになる領域では分布は平坦化される。対照的に、非共鳴輸送の領域では分布はより急峻になる。この系では、上述の二つの状態が空間的に交互に層状に現れる、分布の起伏の準周期的パターン（E×B階段構造）が自発的に出現する。階段構造形成中のフィードバック過程が特定される。境界熱フラックスの臨界値の評価が得られ、これを超えると階段構造の形成が誘発される。階段パターンにおけるステップサイズのスケーリング評価が得られる。共鳴乱流輸送は、帯状流の無衝突飽和のメカニズムでもある。本研究は内部輸送障壁の形成に関連し、閉じ込め改善Lモードなどのいくつかの新しいシナリオを示唆する。