<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Astron. Space Sci.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Astronomy and Space Sciences</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Astron. Space Sci.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-987X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">769173</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fspas.2021.769173</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Astronomy and Space Sciences</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Non-Linear Damping of Surface Alfv&#xe9;n Waves Due to Uniturbulence</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Ismayilli et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Non-Linear Damping by Uniturbulence</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Ismayilli</surname>
<given-names>Rajab</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1333890/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>Tom</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/227167/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>Marcel</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/599559/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Magyar</surname>
<given-names>Norbert</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/295036/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Centre for Mathematical Plasma Astrophysics, Department of Mathematics, KU Leuven</institution>, <addr-line>Leuven</addr-line>, <country>Belgium</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Centre for Fusion, Space and Astrophysics, Department of Physics, University of Warwick</institution>, <addr-line>Coventry</addr-line>, <country>United&#x20;Kingdom</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/904612/overview">Victor R&#xe9;ville</ext-link>, UMR5277 Institut de Recherche en Astrophysique et Plan&#xe9;tologie (IRAP), France</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/690199/overview">Mahboubeh Asgari-Targhi</ext-link>, Harvard University, United&#x20;States</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/892667/overview">Daniel Verscharen</ext-link>, University College London, United&#x20;Kingdom</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Rajab Ismayilli, <email>rajab.ismayilli@kuleuven.be</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Stellar and Solar Physics, a section of the journal Frontiers in Astronomy and Space Sciences</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>14</day>
<month>01</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>8</volume>
<elocation-id>769173</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>01</day>
<month>09</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>03</day>
<month>12</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Ismayilli, Van Doorsselaere, Goossens and Magyar.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Ismayilli, Van Doorsselaere, Goossens and Magyar</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>This investigation is concerned with uniturbulence associated with surface Alfv&#xe9;n waves that exist in a Cartesian equilibrium model with a constant magnetic field and a piece-wise constant density. The surface where the equilibrium density changes in a discontinuous manner are the source of surface Alfv&#xe9;n waves. These surface Alfv&#xe9;n waves create uniturbulence because of the variation of the density across the background magnetic field. The damping of the surface Alfv&#xe9;n waves due to uniturbulence is determined using the Els&#xe4;sser formulation. Analytical expressions for the wave energy density, the energy cascade, and the damping time are derived. The study of uniturbulence due to surface Alfv&#xe9;n waves is inspired by the observation that (the fundamental radial mode of) kink waves behave similarly to surface Alfv&#xe9;n waves. The results for this relatively simple case of surface Alfv&#xe9;n waves can help us understand the more complicated case of kink waves in cylinders. We perform a series of 3D ideal MHD simulations for a numerical demonstration of the non-linearly self-cascading model of unidirectional surface Alfv&#xe9;n waves using the code MPI-AMRVAC. We show that surface Alfv&#xe9;n waves damping time in the numerical simulations follows well our analytical prediction for that quantity. Analytical theory and the simulations show that the damping time is inversely proportional to the amplitude of the surface Alfv&#xe9;n waves and the density contrast. This unidirectional cascade may play a role in heating the coronal plasma.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>magnetohydrodynamics</kwd>
<kwd>surface Alfv&#xe9;n wave</kwd>
<kwd>Elsasser variables</kwd>
<kwd>MHD simulations</kwd>
<kwd>MHD turbulence</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Magnetohydrodynamic (MHD) turbulence is one of the most important physical processes at large scales in plasma, as many astrophysical and laboratory plasmas are in a turbulent state (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Goldstein et&#x20;al., 1995</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Biskamp, 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bruno and Carbone, 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Cranmer et&#x20;al., 2007</xref>). It is generally understood that the role of the magnetic field is significant under certain situations. Turbulence efficiently helps in the mixing and transport of energy and matter across scales as it cascades from large scales to small scales, whereas the dissipation only becomes essential in the smallest scales, i.e.,&#x20;Kolmogorov scales. Therefore, turbulence is believed to be at least partly responsible for heating the solar corona and accelerating the solar wind (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Tu and Marsch, 1995</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B45">Verdini et&#x20;al., 2009</xref>). Furthermore, <xref ref-type="bibr" rid="B18">Kolmogorov (1941)</xref> revealed that in fluid turbulence, the energy cascade to smaller scales is independent from the scale, resulting in a power-law behavior in the so-called inertial range. After this range, turbulent eddies transfer to the dissipative range, in a sense that heating occurs as the fluctuations are damped. The study of MHD turbulence began with <xref ref-type="bibr" rid="B15">Iroshnikov (1964)</xref>, and <xref ref-type="bibr" rid="B19">Kraichnan (1965)</xref>, who generalized Kolmogorov&#x2019;s theory to the presence of magnetic field and its stabilizing influence.</p>
<p>It is widely believed that convective motions in the photosphere generate waves propagating away from the sun (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Heinemann and Olbert, 1980</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Heyvaerts and Priest, 1983</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Matthaeus et&#x20;al., 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B27">Perez and Chandran, 2013</xref>). Waves that are propagating upwards continuously reflect towards the Sun due to the gravitational stratification of the plasma, which causes the Alfv&#xe9;n speed to vary along the magnetic field lines. The reflected waves interact with waves propagating upwards. This process creates the turbulent cascade and leads to energy dissipation (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Matthaeus et&#x20;al., 1999</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Van Doorsselaere et&#x20;al., 2020b</xref>). This process has also been modeled extensively in numerical experiments (<xref ref-type="bibr" rid="B35">Suzuki and Inutsuka, 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Rappazzo et&#x20;al., 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">van Ballegooijen et&#x20;al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">Shoda and Yokoyama, 2018</xref>). The large majority of those considered either a completely homogeneous background or only inhomogeneity along the magnetic field in a setting of incompressible MHD. In incompressible MHD, these counterpropagating waves are conveniently described by Els&#xe4;sser variables, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the velocity of the plasma, <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the magnetic field, <italic>&#x3bc;</italic> and <italic>&#x3c1;</italic> are the magnetic permeability and density. Many authors use these variables to distinguish inward ( &#x2b; ) and outward ( &#x2212; ) propagating Alfv&#xe9;n waves. They are thought to interact non-linearly to generate an energy cascade, and their nature helps us understand more about the MHD turbulence cascade mechanism.</p>
<p>Observations showed that transverse waves are critical for transferring energy from the photosphere to the solar corona, where research efforts have mainly focused on standing and propagating kink waves (<xref ref-type="bibr" rid="B7">De Pontieu et&#x20;al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Tomczyk et&#x20;al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Anfinogentov et&#x20;al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Kohutova et&#x20;al., 2020</xref>). Furthermore, transverse standing waves have been extensively studied numerically, where it was revealed that standing transverse oscillations are the decisive point of developing Kelvin-Helmholtz instability (KHI) non-linearly (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Terradas et&#x20;al., 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B2">Antolin et&#x20;al., 2016</xref>). Lately, <xref ref-type="bibr" rid="B41">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2021)</xref> developed a nonlinear damping model for standing kink waves and showed that the damping time is inversely proportional to the oscillation amplitude, where they also found a notable match with the observation (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Nechaeva et&#x20;al., 2019</xref>). Compared to standing transverse oscillations, propagating kink waves have received little attention (<xref ref-type="bibr" rid="B37">Thurgood et&#x20;al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B25">Morton et&#x20;al., 2021</xref>).</p>
<p>State of the art in turbulence generation in MHD is the phenomenology of the counterpropagating Alfv&#xe9;n waves. In other words, for turbulence to be generated by waves, one needs waves that collide. According to the currently accepted phenomenology, turbulence generated by MHD waves relies on the counterpropagating waves&#x2019; collision. In case when the wave-packet propagates parallel to the magnetic field with the inhomogeneity across the field, it causes the initial Alfv&#xe9;nic wave-package to self-deform nonlinearly as it propagates, cascading to smaller scales. This can act as an additional channel towards a turbulent cascade, thereby enhancing the dissipation rate and increasing heating (<xref ref-type="bibr" rid="B44">Van Doorsselaere et&#x20;al., 2020b</xref>). In recent years, it was realized that unidirectionally (in the same direction) propagating waves also generate turbulence when there is inhomogeneity across the field (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Magyar et&#x20;al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">2019a</xref>). These unidirectional waves carry both Els&#xe4;sser variables. It indicates that <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> cannot be longer separated and associated with waves propagating in one direction and the other. It also means that one unidirectional wave has to be described by both these Els&#xe4;sser variables propagating in one direction. Consequently, the nonlinear advective term <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> is nonzero, leading to the cascade. In an inhomogeneous plasma, it can be nonzero also for waves propagating only in one direction. Thus, there is no need for reflections to generate counterpropagating waves. This phenomenon was first introduced by <xref ref-type="bibr" rid="B20">Magyar et&#x20;al. (2017)</xref> and has been named uniturbulence. Such turbulence can exist in open magnetic field regions and may play a role in heating the coronal plasma because the additional energy cascade term is included (<xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al., 2020a</xref>).</p>
<p>In this paper, we mainly study the surface Alfv&#xe9;n waves. Surface Alfv&#xe9;n waves are MHD waves that appear at the discontinuity and have zero vorticity everywhere except at the interface (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Goossens et&#x20;al., 2012</xref>). Moreover, <xref ref-type="bibr" rid="B46">Wentzel (1979a)</xref> mentioned that the phase speed of these waves ranges between the internal and external Alfv&#xe9;n phase velocities. Surface Alfv&#xe9;n waves propagate unidirectionally with no backward reflections. Surface Alfv&#xe9;n waves are waves propagating in one direction, suggesting that both Els&#xe4;sser variables represent surface Alfv&#xe9;n waves and are connected and co-propagating. These waves are indeed no longer pure Alfv&#xe9;n waves. The inward or outward Els&#xe4;sser variables can separate only pure Alfv&#xe9;n waves in an incompressible medium. As a result, they must be characterized by both Els&#xe4;sser variables. Unidirectional surface Alfv&#xe9;n waves have also been extensively discussed in the paper by <xref ref-type="bibr" rid="B22">Magyar et&#x20;al. (2019b)</xref>.</p>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B14">Ionson (1978)</xref> was the first to consider resonant absorption for heating solar coronal loops when it comes to dissipation. Ionson studied surface Alfv&#xe9;n waves in a Cartesian system. He applied the method of <xref ref-type="bibr" rid="B33">Sedl&#xe1;&#x10d;ek (1971)</xref> to solve the dispersion relation and obtained the damping rate. That was pointed out by <xref ref-type="bibr" rid="B47">Wentzel (1979b)</xref>. Wentzel dealt with both the Alfv&#xe9;n and the slow resonance in Cartesian geometry. Also, it gives an enlightening discussion of the Sedlacek procedure.</p>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B13">Hollweg and Yang (1988)</xref> studied the damping of compressible MHD waves at thin surfaces in Cartesian geometry. They used the approximation that the perturbation of pressure is constant in the non-uniform layer. Their numerical example applied their analytical result to cylindrical loops using the simple ad hoc transformation from Cartesian to cylindrical geometry <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3c0;</italic>/<italic>L</italic>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> &#x3d; 1/<italic>R</italic>, <italic>m</italic>&#x20;&#x3d; 1. They concluded that kink waves would undergo fast damping due to resonant absorption. The damping due to resonant absorption is much faster than the damping due to viscosity and resistivity. This is the first theoretical result on the fast damping of kink waves on coronal&#x20;loops.</p>
<p>Expressions for the damping rate due to resonant absorption are given by <xref ref-type="bibr" rid="B10">Goossens et&#x20;al. (1992)</xref> for non-axisymmetric MHD waves. For <italic>m</italic>&#x20;&#x3d; 1, the waves are kink waves. <xref ref-type="bibr" rid="B10">Goossens et&#x20;al. (1992)</xref> confirm the results of <xref ref-type="bibr" rid="B13">Hollweg and Yang (1988)</xref>. Also, the simple <xref ref-type="bibr" rid="B13">Hollweg and Yang (1988)</xref> transformation from a Cartesian to a cylindrical system for a straight field gives correct results. <xref ref-type="bibr" rid="B32">Ruderman and Roberts (2002)</xref> showed that two-time scales are involved in resonant absorption and recovered <xref ref-type="bibr" rid="B10">Goossens et&#x20;al. (1992)</xref>. Recently, <xref ref-type="bibr" rid="B3">Antolin and Van Doorsselaere (2019)</xref> studied the effect of resonant absorption for the generation of the KHI, where they pointed out that it plays a crucial role in exciting and developing the transverse wave-induced KHI rolls in the&#x20;loop.</p>
<p>This paper investigates uniturbulence associated with surface Alfv&#xe9;n waves that exist in a Cartesian equilibrium model with a constant magnetic field and a piece-wise constant density. The surface where the equilibrium density changes in a discontinuous manner is the source of surface Alfv&#xe9;n waves. These surface Alfv&#xe9;n waves create uniturbulence because of the variation of the density across the background magnetic field. The damping of surface Alfv&#xe9;n waves due to uniturbulence is determined using the Elsasser formulation. We are inspired by the work of <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref>. <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref> studied the energy dissipation for propagating kink waves in cylindrical plasma configurations and derived analytical expressions for the timescale of the energy cascade. The main goal of the present paper is to support the results by <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref> by using their scheme to obtain analytical and numerical results for surface Alfv&#xe9;n waves on a simple Cartesian equilibrium configuration. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> presents the analytical model for uniturbulence driven by surface Alfv&#xe9;n waves and the resulting damping of the surface Alfv&#xe9;n waves. The numerical scheme is presented in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. Results are presented and analyzed in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>. Finally, conclusions are given in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section&#x20;5</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Analytical Model for Uniturbulent Damping of Surface Alfv&#xe9;n Waves</title>
<p>Two preliminary analyses were undertaken. First, we repeat the calculation of <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref> in Cartesian coordinates, in contrast to their analytical model of the nonlinear evolution of kink waves in cylindrical geometry. <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref> described transverse kink waves by Bessel functions, but we derive classic results for the surface Alfv&#xe9;n waves (<xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref>). Nevertheless, we use similar approach for calculating the wave energy density (<xref ref-type="sec" rid="s2-3">Section 2.3</xref>) and the energy cascade rate (<xref ref-type="sec" rid="s2-4">Section 2.4</xref>) by using the Els&#xe4;sser variables (<xref ref-type="sec" rid="s2-2">Section 2.2</xref>). Secondly, we derive the damping time scale in a long-wavelength limit (<xref ref-type="sec" rid="s2-5">Section&#x20;2.5</xref>).</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Governing Equations and Surface Alfv&#xe9;n Waves</title>
<p>We use the ideal incompressible MHD equations,<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m6">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m7">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m8">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the velocity field of the plasma, <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the magnetic field, <italic>&#x3c1;</italic> is the density, <italic>&#x3bc;</italic> is the magnetic permeability, and <italic>p</italic> is the gas pressure.</p>
<p>We consider an equilibrium configuration in a Cartesian coordinate system with a uniform background magnetic field which is directed along with the <italic>z</italic> axis (<inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>) and no background flow (<inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m12">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>). Here and hereafter, we chose a piece-wise constant density (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Goossens et&#x20;al., 2012</xref>):<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m13">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>l</italic>
</sub> and <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> are constant and <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>l</italic>
</sub> &#x2260; <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>. We use <italic>l</italic> and <italic>r</italic> indices to distinguish the density values on the left and right sides of the interface. As a next step, the incompressible MHD equations have been linearised (<inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>):<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m15">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>We take all perturbed quantities proportional to <italic>f</italic>&#x2032; &#x3d; <italic>f</italic>(<italic>x</italic>) &#x2009;exp(<italic>i</italic> (<italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> <italic>y</italic>&#x20;&#x2b; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> <italic>z</italic>&#x20;&#x2212; <italic>&#x3c9; t</italic>)). We Fourier decompose the perturbation with respect to <italic>y</italic>, <italic>z</italic> and <italic>t</italic>, as the equilibrium quantities are only depending on <italic>x</italic>. Here <italic>f</italic> represents the physical variables, <italic>&#x3c9;</italic> is the wave frequency and <italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> are the wavenumbers. As a next step, we rewrite the equation in terms of displacement (<inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>) and total pressure (<italic>P</italic>&#x2032; &#x3d; <italic>p</italic>&#x2032; &#x2b; <italic>B</italic>
<sub>0</sub> <italic>B</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub>/<italic>&#x3bc;</italic>). Eliminating the variables (<italic>&#x3be;</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>, <italic>&#x3be;</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub>, <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>B</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub>, <italic>B</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>), we can combine the linearized MHD equations into one 2nd order differential equation (ODE). Using the <italic>x</italic>-component of the equation of motion<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m17">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub> &#x3d; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> <italic>V</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub> and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m18">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>. We get a 2nd order ODE for total pressure as follows<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m19">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>We introduce the new variable <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m20">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, which is the wavenumber in the perpendicular direction (i.e.,&#x20;perpendicular to the density interface). We consider the unidirectional magnetic field along the <italic>z</italic> direction, which allows us to take different Alfv&#xe9;n speeds on the left and the right side. In other words, surface waves can exist only when <italic>V</italic>
<sub>
<italic>Al</italic>
</sub> &#x2260; <italic>V</italic>
<sub>
<italic>Ar</italic>
</sub> (indices <italic>l</italic> and <italic>r</italic> denotes left and right side of the density medium, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Eq. 4</xref>). Now due to constant quantities in each half-space <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eq. 6</xref> simplifies into<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m21">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>The solutions for <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref> are finite at <italic>x</italic>&#x20;&#x3d; &#xb1;<italic>&#x221e;</italic> if and only if<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m22">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>At this point we implement the continuity conditions for total pressure <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m23">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and displacement <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m24">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> at the interface <italic>x</italic>&#x20;&#x3d; 0. The braces denote the difference across the interface. This resulted in <italic>C</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; <italic>C</italic>
<sub>2</sub> &#x3d; <italic>C</italic> and the known dispersion relation for surface waves (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Ionson, 1978</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Wentzel, 1979b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B31">Roberts, 1981</xref>) as follows<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m25">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>Al</italic>
</sub> &#x3d; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> <italic>V</italic>
<sub>
<italic>Al</italic>
</sub> and <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>Ar</italic>
</sub> &#x3d; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub>&#x20;<italic>V</italic>
<sub>
<italic>Ar</italic>
</sub>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Els&#xe4;sser Variables</title>
<p>Now we compute the Els&#xe4;sser variables for surface Alfv&#xe9;n waves in our setup. We show that surface Alfv&#xe9;n waves carry both Els&#xe4;sser variables even if they propagate only in one direction (inward or outward). This is in clear contrast to Alfv&#xe9;n waves in uniform plasmas. Therefore, we describe the Els&#xe4;sser variables for perturbed quantities.<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m26">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where the Els&#xe4;sser variables are the well-known combination of flow and Alfv&#xe9;n speed perturbation. In an attempt to calculate the Els&#xe4;sser variables, we determine the linear variables as follows<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m27">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>Here frequency omega is <italic>&#x3c9;</italic> &#x3d; <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref>. For a propagating wave, we take total pressure as <italic>P</italic>&#x2032; &#x3d; <italic>P</italic>&#x2032;(<italic>x</italic>)&#x2009;cos&#x2009;<italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> <italic>y</italic>&#x20;&#x2009;cos(<italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> <italic>z</italic>&#x20;&#x2212; <italic>&#x3c9; t</italic>), where we take <italic>P</italic>&#x2032;(<italic>x</italic>) as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref>. <italic>P</italic>&#x2032; is harmonic in time, in <italic>y</italic> and <italic>z</italic> directions, as the <italic>&#x3ba;</italic> contains both <italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> and <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub>. We substitute <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> in computing the Els&#xe4;sser variables as follows<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m28">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m29">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m30">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Wave Energy Densities</title>
<p>In this section, we derive the evolution of the wave energy densities. With the use of the definition of Els&#xe4;sser variables, we obtain an expression for wave energy densities.<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m31">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>This can be simplified for the solutions (<xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref>) in the two regions<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m32">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>We calculate the energy density averaged over the cross-section and over the period<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>When we average over the <italic>x</italic> direction, we use the variable as a predetermined length <italic>L</italic> in the transverse direction. The integration in the <italic>x</italic> direction is from &#x2212; <italic>L</italic> to &#x2b; <italic>L</italic>
<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m34">
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m35">
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>After taking the average wave energy density for two different regions, we take the sum of &#x27e8;<italic>w</italic>&#x27e9; &#x3d; &#x27e8;<italic>w</italic>
<sub>
<italic>l</italic>
</sub>&#x27e9; &#x2b; &#x27e8;<italic>w</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>&#x27e9;. We obtain the energy density averaged over the cross-section as follow<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>By using the dispersion relation (<xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref>) it simplifies to<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 Energy Dissipation Rate</title>
<p>The energy cascade rate is computed from the non-linear term in the incompressible MHD equations. Following <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref>, the energy dissipation rate for upward and downward surface Alfv&#xe9;n waves can be expressed by using.<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m38">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2213;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>We find that<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m39">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m40">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>Since there are the third power of a periodic function in the <italic>y</italic> direction and time, taking the average of <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Eqs 20</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref> leads to an energy cascade rate of 0. In solar wind Alfv&#xe9;n turbulence model, this zero average in the time domain is avoided by approximating <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m41">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m42">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, where L is the correlation length that defines the perpendicular scales of the wave energy distributions. <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref> generalized this method and used the root-mean-square approach while averaging over a period and the <italic>&#x3c6;</italic> direction. In order to avoid an energy cascade equal to zero, we use the root-mean-square approximation while averaging over the <italic>y</italic> direction and period.<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>Finally,<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m44">
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>41</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m45">
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x2329;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x232a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>41</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>Once more we use the dispersion relation to reduce the expression as follows<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>41</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>Taking the ratio <italic>&#x3c4;</italic> &#x3d; &#x27e8;<italic>w</italic>&#x27e9;/&#x27e8;<italic>&#x3f5;</italic>&#x27e9; and considering <italic>L</italic>&#x20;&#x2192; <italic>&#x221e;</italic> we get<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m47">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>41</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>24</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-5">
<title>2.5&#x20;Long-Wavelength Approximation</title>
<p>We know that in solar corona structure, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub> &#x226b; <italic>k</italic>
<sub>&#x22a5;</sub> (length of the structure is much longer than the length scale in the perpendicular direction), which allows us to acknowledge the long-wavelength limit. In order to simplify the last equation, we consider quasi-perpendicular propagation, also known as the long-wavelength limit. We use this assumption to reduce the complexity of the wavenumber expression. We introduce the new parameter <italic>&#x3b4;</italic> &#x3d; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>z</italic>
</sub>/<italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> &#x226a; 1. Taking the perpendicular component <italic>v</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> from <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> yields.<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m48">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</disp-formula>Considering last expression and rewriting in terms of the density contrast <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>/<italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>l</italic>
</sub> leads <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eq. 26</xref> to<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m49">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>We can see that in an inhomogeneous incompressible MHD, the damping time scale is inversely proportional to the oscillation amplitude <italic>V</italic>, where for the density contrast, we obtained same relation as was discussed by <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref>. They found a similar expression for damping time in the cylindrical configuration:<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m50">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>Here <italic>V</italic> is the velocity amplitude, and <italic>R</italic> is the radius of the coronal loop, which in planar geometry <italic>R</italic>&#x20;&#x3d; 1/<italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> can be used. Remarkably, the only difference is the factor, which is approximately 4&#x20;times smaller. We show that the fundamental radial mode of kink waves in a cylinder behaves very much like a surface Alfv&#xe9;n&#x20;waves.</p>
<p>We will be able to vary in the simulations the parameters involved in this formula for the damping by the energy cascade. These surface Alfv&#xe9;n waves can be easily numerically modeled, and we can directly compare the energy dissipation rate to this analytical work we derived.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Numerical Demonstration of Self-Cascading</title>
<p>In this section, we simulate unidirectional propagating waves as was previously done by <xref ref-type="bibr" rid="B22">Magyar et&#x20;al. (2019b)</xref>. We compare our non-linear damping model of the surface Alfv&#xe9;n waves with the series of numerical simulations. Notably, we investigate the dependence on the velocity amplitude of the waves and density contrast to observe if our damping formula is also adequate for the simulation. Moreover, we extend the study of <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref> and verify their results with the direct numerical simulations of uniturbulence formation in a simple configuration.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Numerical Setup</title>
<p>3D ideal MHD simulations were run for numerical demonstration of the self-cascading model using the code MPI-AMRVAC (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Keppens et&#x20;al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B48">Xia et&#x20;al., 2018</xref>). In the simulation, flux schemes were adopted with a five-wave variant, HLLD solver, and Woodward slope limiter. The base grid resolution is chosen as 60 &#xd7; 60&#x20;&#xd7; 40 in <italic>x</italic>, <italic>y</italic>, and <italic>z</italic> directions, respectively. After applying three-level refinement, the grid resolution becomes 240 &#xd7; 240&#x20;&#xd7; 160. However, the physical system domain is 0.12 &#xd7; 0.1 &#xd7; <italic>Z</italic>
<sub>0</sub>, where <italic>Z</italic>
<sub>0</sub> has been changed with the density contrast as in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>, and the lower density contrast requires additional length along the <italic>z</italic> direction due to weaker damping. All the results are presented in code units. We establish the following normalization values of unit velocity &#x3d; 1.16 &#xd7; 10<sup>4</sup>&#xa0;<italic>cm</italic>/<italic>s</italic>, unit length &#x3d; 1&#xa0;<italic>cm</italic>, number density &#x3d; 1&#xa0;<italic>cm</italic>
<sup>&#x2212;3</sup>, and unit time &#x3d; 8.6 &#xd7; 10<sup>&#x2212;5</sup>
<italic>s</italic> in our code. For a series of simulations the chosen values for amplitudes are <italic>V</italic>&#x20;&#x3d; {0.01, 0.03, 0.06, 0.12, 0.18}, where <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 5 considered and similarly we change the density contrast <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; {1.1, 2, 5, 10, 20} for <italic>V</italic>&#x20;&#x3d;&#x20;0.06.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>The table shows different simulations, changing the <italic>&#x3b6;</italic> values for <italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.06, similarly, different <italic>V</italic> values for <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 5. The chosen domain lengths (<italic>Z</italic>
<sub>0</sub>) and analyzed width (<italic>X</italic>
<sub>0</sub>) for different simulations illustrate in the last two columns.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Density contrast <italic>&#x3b6;</italic> (<italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.06)</th>
<th align="center">Domain length <italic>Z</italic>
<sub>0</sub>
</th>
<th align="center">Width of the region <italic>X</italic>
<sub>0</sub>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">&#xa0;1.1</td>
<td align="center">2</td>
<td align="center">0.015</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;2</td>
<td align="center">1.5</td>
<td align="center">0.02</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;5</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.02</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;10</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">0.02</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;20</td>
<td align="center">0.3</td>
<td align="center">0.03</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<bold>Velocity amplitude</bold> <bold>
<italic>V</italic>
</bold> <bold>(</bold>
<bold>
<italic>&#x3b6;</italic>
</bold> <bold>&#x3d; 5)</bold>
</td>
<td align="center">
<bold>
<italic>Z</italic>
</bold>
<sub>
<bold>0</bold>
</sub>
</td>
<td align="center">
<italic>
<bold>X</bold>
</italic>
<sub>
<bold>0</bold>
</sub>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;0.01</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.01</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;0.03</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.015</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;0.06</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.02</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;0.12</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.03</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;0.18</td>
<td align="center">1</td>
<td align="center">0.03</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>We chose simple initial conditions of our model. The following quantities are in code units. Firstly, the straight, homogeneous magnetic field value is <italic>B</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; 1.115 along the <italic>z</italic>-axis, but this value does not play a significant role. Secondly, we employ a step function of density perpendicular to the magnetic field, which is, in our case, at <italic>x</italic>&#x20;&#x3d; 0, where the density changes discontinuously for <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>l</italic>
</sub> to <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>. In the <italic>y</italic> and <italic>z</italic> direction, it does not vary. Moreover, in the simulations, we considered a nearly incompressible regime. The minimum Alfv&#xe9;n speed is <italic>V</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub> &#x223c; 0.7 and sound speed is <italic>V</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x223c; 1.78, resulting in a high plasma <italic>&#x3b2;</italic> &#x223c; 4.4. These are significantly greater than our velocity perturbation. Furthermore, in the paper by <xref ref-type="bibr" rid="B22">Magyar et&#x20;al. (2019b)</xref>, they considered tests with different plasma beta values (from <italic>&#x3b2;</italic> &#x2248; 0.02 to 15), indicating that the dynamics perpendicular to the magnetic field is not very sensitive to its&#x20;value.</p>
<p>Firstly, we check if the numerical dissipation influences the measured damping time driven by cascade. The higher resolution affects the generation of smaller scales at the interface but leads to almost similar results for the damping time. We run the simulation for <italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.06 and <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 5 case with the 400 &#xd7; 400&#x20;&#xd7; 240 grid resolution and the damping time is <italic>&#x3c4;</italic> &#x2248; 0.85. The calculated damping time is similar with a lower resolution: <italic>&#x3c4;</italic> &#x2248;&#x20;0.85.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Boundary Conditions</title>
<p>We implement the following boundary conditions: First, at the bottom of the <italic>z</italic> direction, we take a velocity along the <italic>x</italic> direction, which varies sinusoidally in <italic>y</italic>.<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m51">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>According to <xref ref-type="bibr" rid="B22">Magyar et&#x20;al. (2019b)</xref>, such a driver will result in uniturbulence in our setup. Here <italic>V</italic> is the initial velocity amplitude, the frequency of driver is <italic>&#x3c9;</italic> &#x3d; 2&#x20;<italic>&#x3c0;</italic> and the wavenumber chosen for one wavelength in the <italic>y</italic> direction, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> &#x3d; 2&#x20;<italic>&#x3c0;</italic>/0.1.</p>
<p>Second, continuous conditions (Neumann style zero gradient conditions) are taken in the top boundary in the <italic>z</italic> direction and both <italic>x</italic> directions for all variables. Third, for the <italic>y</italic> direction, we used periodic boundary conditions.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Results</title>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Numerical Results</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> 1constitute a set of three-dimensional fluctuations of density change for various initial velocity amplitudes (<italic>V</italic>) and density contrasts (<italic>&#x3b6;</italic>), respectively. We take snapshots of the cross-section at half of the <italic>z</italic> domain, with the relevant <italic>Z</italic>
<sub>0</sub> values (<xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>). However, all snapshots were taken at four time period (<italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 4.0) except <italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.18 and <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 20. These latter snapshots were taken at <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 2.5 due to the high velocity amplitude or high density contrast numerical simulations becoming unstable for reasons we do not fully understand. In any case, we analyze the first five wavefronts in the remaining text, and the <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 2.5 time is admissible to determine the mean damping time of the first five wavefronts avoiding the instability. In <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> we can see that even at low amplitude, the interface changes its sinusoidal shape and shows effects of non-linearity. Increasing density contrast shows the turbulence and energy cascade loss from large-scale motion to small-scale motion leading to numerical energy dissipation. On the other hand, increasing the amplitude shows that the nonlinear generation of smaller scales is increasing drastically on the density surface, showing evidence of uniturbulence. However, in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> at <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 1.1, we can see that the interface keeps its shape for a more extended time period, showing that uniturbulence is delayed. We can also see that the interface moves with much higher amplitude in higher density contrast regimes due to the significant differences of slow and fast Alfv&#xe9;n speed (<inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x226b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x20d7;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Cross-section of density variation at <italic>z</italic>&#x20;&#x3d; 0.5. Plots taken after four driver period for different velocity amplitudes (<italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.01, 0.03, 0.06, 0.12, 0.18). In all simulations <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 5.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g001.tif"/>
</fig>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Snapshots of evolution of density at half of the <italic>z</italic> domain according to the table and <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 4. Plots vary for different density contrast <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; {1.1, 2, 5, 10, 20}, where <italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.06.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Analysis and Results</title>
<p>In order to see how the energy transfers to smaller scales in the system, we compute the power spectrum of the velocity field by performing FFT of the <italic>v</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub> component along the <italic>y</italic> direction (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Popescu Braileanu et&#x20;al., 2021</xref>). In particular, we consider the Fourier power at <italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c0;</italic>/0.1 to track the wave&#x2019;s amplitude in the fundamental mode that was injected by the driver. As a next step, we take the average of the Fourier power in the strip between <italic>x</italic>&#x20;&#x3d; <italic>X</italic>
<sub>0</sub> and <italic>x</italic>&#x20;&#x3d; &#x2212; <italic>X</italic>
<sub>0</sub> as in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref>. In other words, we integrate over the volume of the strip region in 2D. We calculate the average at each time moment (<italic>t</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, <italic>i</italic>&#x20;&#x3d; 0.1&#x2025;4.0), and for every cross-section (<italic>x</italic>&#x20;&#x2212; <italic>y</italic> plane) of <italic>z</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>, <italic>j</italic>&#x20;&#x3d; 0&#x2025;160 (grid resolution in <italic>z</italic>). Furthermore, for different simulations, the width <italic>X</italic>
<sub>0</sub> was taken slightly differently (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>). The width increased or decreased for high or small <italic>&#x3b6;</italic> and <italic>V</italic> values. However, we check the influence of chosen widths for <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 5 and <italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.06 simulation case in the vertical direction. This is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref>, showing the damping length of different widths for symmetric strip region (red squares) and non-symmetric strip region (blue dots). In a symmetric case <italic>X</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; &#x7c; &#x2212; <italic>X</italic>
<sub>0</sub>&#x7c;, but for a non-symmetric case, we take <italic>X</italic>
<sub>0</sub> and &#x2212; <italic>X</italic>
<sub>0</sub> strips close to the small structures. We find that the width <italic>X</italic>
<sub>0</sub> does not have a large impact on the damping length. Thus we consider only the values as in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Graph shows one snapshot of the region for the Fourier analysis of the <italic>v</italic>
<sub>
<italic>x</italic>
</sub>(<italic>y</italic>, <italic>z</italic>, <italic>t</italic>) slices.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Damping length <italic>L</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> as a dependence of taken width layer <italic>X</italic>
<sub>0</sub>. The circle symbol is considered for the symmetric widths, where the square symbol represents the non-symmetric strips.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g004.tif"/>
</fig>
<p>In the following analysis, we take the averaged power amplitudes of the fundamental mode and follow the peak values with a kink speed (<italic>V</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>) in the <italic>z</italic> direction (<italic>z</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x3d; <italic>V</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> <italic>t</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>) at each time step <italic>t</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> (<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>). The power amplitudes in the fundamental mode values were calculated with the help of <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m53">
<mml:mi mathvariant="monospace">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">y</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="monospace">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">l</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">y</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">f</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> package by fitting a parabola to the power to quantify the power in the fundamental mode. The top of the fitted parabola was used further. We can see that the data points decay exponentially (<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref>). We then fit these data points with the exponential damping profile (exp( &#x2212; <italic>z</italic>/<italic>L</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>)) with damping length (<italic>L</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>). These damping lengths were used to estimate the damping time with the following expression:<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m54">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where we have assumed a simple propagating&#x20;wave.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>The graph shows the power amplitude of the fundamental wave mode as a function of the <italic>z</italic> axis. The orange curve is the parabolic fit, and the green dots are the approximate peak values of the wave at specific times. Blue dots represent the errors of the <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m55">
<mml:mi mathvariant="monospace">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">y</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="monospace">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">l</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">y</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">f</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">t</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> function.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>The graph illustrates the power amplitude of the fundamental wave mode as a function of the <italic>z</italic> axis, for the main simulation (<italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.06, <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 5). Red dots represent the followed peak values of the mode at each time step. The blue line is the fitted exponential function (exp( &#x2212; <italic>z</italic>/<italic>L</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>)).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g006.tif"/>
</fig>
<p>In order to understand the evolution of the wavefront (how it decays and evolves to higher wavenumbers), we need to follow the wavefront as it propagates. If we consider the evolution in terms of time dependence, we can see that there will be a series of waves passing. However, the next wavefront has a similar evolution stage as the first one, except for a slight change in the density structure. This is because it has been smoothed by the mixing of density by the first wavefront. Because of the modification of the wave, we find that turbulence is affected only in a minor way, and there will be a third-order effect on the wave. Therefore, we can conclude that time variation will be third order, and hence the effect of time will be insignificant. Thus, following the wave propagation along the <italic>z</italic> axis is the crucial point of studying the energy&#x20;loss.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref> shows the comparison of our theoretical model with the damping lengths from the simulation for each density contrast and velocity amplitude. The green line represents the theoretical model for the damping time scale <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref>. Red squares are the calculated damping time from the simulation for the first wavefront. In comparison, blue dots show the average damping time for the first five wavefronts. The error bars were calculated starting from the Fourier transform by taking the standard deviation <italic>&#x3c3;</italic>, where we computed it using <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m56">
<mml:mi mathvariant="monospace">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">y</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi mathvariant="monospace">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">d</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> routine. We apply uncertainties on the polyfit function, and the estimated damping length was taken from the fitted exponential function, including the uncertainties from the covariance matrix. The errors on the blue dots are bigger than the red squares due to the loss of the parabolic shape for subsequent wavefronts. Finally, we use the following equation to find the mean and the error in the damping length when averaging over multiple wavefronts as in the paper by <xref ref-type="bibr" rid="B43">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2007)</xref>.<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m57">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>where mean error calculated with<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m58">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>We run the simulation with a different driver<disp-formula id="equ8">
<mml:math id="m59">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</disp-formula>where we take <italic>&#x3ba;</italic> &#x3d; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub> &#x3d; 2&#x20;<italic>&#x3c0;</italic>/0.1 and <italic>V</italic>&#x20;&#x3d; 0.12, corresponding to the surface Alfv&#xe9;n wave&#x2019;s analytical eigenfunction. One of the main reasons was to check if the different driver has an effect on the results. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8</xref> demonstrates the results for the simulation by the various drivers adopting the appropriate theoretical solution of the surface Alfv&#xe9;n wave. The <italic>z</italic>&#x20;&#x2212; &#x3d; 0.3 and <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 3 are applied to the snapshot. We can see the non-linear deformation of the interface different than the initial simulation, but the calculated damping time matches with the theoretical solution.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Damping time for the propagating wave as a function of density contrast <bold>(A)</bold> and velocity amplitude <bold>(B)</bold>. The green line represents the theoretical model for the damping time <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref>. Red squares are the calculated damping time for the first wave front. Blue dots are the average of the first 5 waves fronts.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>The plot shows the simulation result for the different driver taking the relevant theoretical eigenfunction of the surface Alfv&#xe9;n wave. The snapshot is taken at <italic>z</italic>&#x20;&#x3d; 0.3 and <italic>t</italic>&#x20;&#x3d; 3.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g008.tif"/>
</fig>
<p>We have also simulated with a smaller wavelength <italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>, where we take the new wavenumber as <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m60">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and compare with <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref>. The predicted damping time for the half-wavelength in <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref> gives <italic>&#x3c4;</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> &#x3d; 0.38. The numerically estimated value for the simulation is <italic>&#x3c4;</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> &#x3d; 0.55&#x20;&#xb1; 0.16. We believe that the discrepancy is that the nonlinear deformation is much faster and might require higher resolution. Moreover, in <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m61">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> case, the first wavefront deform faster, loses its parabolic shape faster, and will have it in a shorter period than the&#x20;<italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>.</p>
<p>Lastly, we compare the wavelength of the Alfv&#xe9;n waves in the non-uniform regions and Surface Alfv&#xe9;n waves at the interface. It is known that the phase speed of surface Alfv&#xe9;n waves lies between <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m62">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m63">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B31">Roberts, 1981</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Goossens et&#x20;al., 2012</xref>). The purpose here is to highlight the distinction between classic Alfv&#xe9;n waves and surface Alfv&#xe9;n waves. Obviously,<disp-formula id="equ9">
<mml:math id="m64">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>It can easily be seen from the following expression that the Alfv&#xe9;n waves have a shorter wavelength in the upper half than surface Alfv&#xe9;n waves of the non-uniform region. Similarly, they have a longer wavelength in the lower half, which is also confirmed in the numerical simulation (<xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9</xref>). This shows that the uniform driver excites both the surface Alfv&#xe9;n wave and classic Alfv&#xe9;n waves in the top and bottom of the domain. Moreover, the classic Alfv&#xe9;n waves show less damping because they do not have the uniturbulent cascade.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Comparison of wave&#x2019;s amplitude in the fundamental mode for the different regions. It shows that Alfv&#xe9;n waves have shorter wavelength in the upper half, compared to the surface Alfv&#xe9;n waves. Similarly, the lower half has a longer wavelength.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-08-769173-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Discussion and Conclusion</title>
<p>This study supports the view that plasma inhomogeneity leads to the formation of uniturbulence for propagating kink waves (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Magyar et&#x20;al., 2019b</xref>). We performed analytical calculations in incompressible MHD for a 1-D planar equilibrium model with piece-wise constant density. We obtained analytical expressions for the wave energy density, the energy dissipation rate, and the energy cascade damping time. Subsequently, we derived an analytical model to predict the damping time for uniturbulence evolution in surface Alfv&#xe9;n waves. <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Equation 27</xref> reveals that the damping time is inversely proportional to the perpendicular wave number and the amplitude of the surface Alfv&#xe9;n waves. Significantly, the damping time obtained here corroborates the <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref> findings for cylindrical configurations. Given that the only difference with that work is the cylindrical vs planar geometry, our numerical study lends additional credibility to the analytical results of <xref ref-type="bibr" rid="B42">Van Doorsselaere et&#x20;al. (2020a)</xref>.</p>
<p>We calculated the numerical energy dissipation rate through numerical simulations by performing Fourier transform. We took the fundamental mode of a perpendicular wavenumber (<italic>k</italic>
<sub>
<italic>y</italic>
</sub>) and estimated the damping time. Specifically, the calculated damping time for <italic>A</italic>&#x20;&#x3d; 0.06 and <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 5 case in <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Eq. 27</xref> gives <italic>&#x3c4;</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> &#x3d; 0.75. Accordingly, the estimated value for numerical simulation is equal to <italic>&#x3c4;</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> &#x3d; 0.85&#x20;&#xb1; 0.32. Likewise, we compared our theoretical model with a series of 3D ideal MHD simulations, where the similarity is notable (see <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref>). In particular, numerical results showed that the damping time confirms the inverse proportionality to the density contrast and the amplitude of surface Alfv&#xe9;n&#x20;waves.</p>
<p>These findings extend our understanding of the role of uniturbulent damping of surface Alfv&#xe9;n waves. We do not imply that our model accurately represents coronal conditions. We have chosen parameters in our simulations to verify the analytically derived energy cascade rate, checking the basic physical assumptions. We have proven that the simulations confirm the analytical equations and that there is an additional energy cascade. Thus, the cascade of surface Alfven waves might play a role in heating the corona. We do not have coronal conditions, but we believe what we simulated also represents how surface Alfven waves would behave in the corona. It is well known that in the solar corona and the solar wind plasmas are structured across the magnetic field (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Raymond et&#x20;al., 2014</xref>), where uniturbulence could probably be relevant. Especially in open magnetic field regions, the uniturbulence could provide an additional channel for turbulent cascade and therefore increased dissipation. Uniturbulence could also be applicable in closed magnetic environments, as coronal loops, considering the coherent nature of the interaction. More research is needed in order to verify the significance of this damping mechanism.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>RI did analytical calculations, simulations and wrote the initial draft. TV gave feedback on the manuscript and overseeing of research progress. MG gave input on the analytical model. NM gave input on the numerical model. All authors provided critical feedback and helped shape the research, analysis and manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work is supported by the European Research Council (ERC) under the European Union&#x2019;s Horizon 2020 research and innovation programme (grant agreement No 724326).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Anfinogentov</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nakariakov</surname>
<given-names>V. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nistic&#xf2;</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Decayless Low-Amplitude Kink Oscillations: a Common Phenomenon in the Solar corona?</article-title> <source>Astron. Astrophysics</source> <volume>583</volume>, <fpage>A136</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/201526195</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Antolin</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Moortel</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yokoyama</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Modeling Observed Decay-Less Oscillations as Resonantly Enhanced Kelvin-Helmholtz Vortices from Transverse Mhd Waves and Their Seismological Application</article-title>. <source>ApJ</source> <volume>830</volume>, <fpage>L22</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/2041-8205/830/2/L22</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Antolin</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Influence of Resonant Absorption on the Generation of the Kelvin-Helmholtz Instability</article-title>. <source>Front. Phys.</source> <volume>7</volume>, <fpage>85</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2019.00085</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Biskamp</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <source>Magnetohydrodynamic Turbulence</source>. <publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>. </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bruno</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carbone</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>The Solar Wind as a Turbulence Laboratory</article-title>. <source>Living Rev. Solar Phys.</source> <volume>2</volume>, <fpage>4</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.12942/lrsp-2005-4</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cranmer</surname>
<given-names>S. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>van Ballegooijen</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Edgar</surname>
<given-names>R. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Self&#x2010;consistent Coronal Heating and Solar Wind Acceleration from Anisotropic Magnetohydrodynamic Turbulence</article-title>. <source>Astrophys J.&#x20;Suppl. S</source> <volume>171</volume>, <fpage>520</fpage>&#x2013;<lpage>551</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/518001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>De Pontieu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>McIntosh</surname>
<given-names>S. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carlsson</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hansteen</surname>
<given-names>V. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tarbell</surname>
<given-names>T. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schrijver</surname>
<given-names>C. J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Chromospheric Alfve&#x301;nic Waves Strong Enough to Power the Solar Wind</article-title>. <source>Science</source> <volume>318</volume>, <fpage>1574</fpage>&#x2013;<lpage>1577</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1151747</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goldstein</surname>
<given-names>M. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roberts</surname>
<given-names>D. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matthaeus</surname>
<given-names>W. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Magnetohydrodynamic Turbulence in the Solar Wind</article-title>. <source>Annu. Rev. Astron. Astrophys.</source> <volume>33</volume>, <fpage>283</fpage>&#x2013;<lpage>325</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.aa.33.090195.001435</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Andries</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Soler</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arregui</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Terradas</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Surface Alfv&#xe9;n Waves in Solar Flux Tubes</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>753</volume>, <fpage>111</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/753/2/111</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hollweg</surname>
<given-names>J.&#x20;V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sakurai</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1992</year>). <article-title>Resonant Behaviour of MHD Waves on Magnetic Flux Tubes</article-title>. <source>Sol. Phys.</source> <volume>138</volume>, <fpage>233</fpage>&#x2013;<lpage>255</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF00151914</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Heinemann</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Olbert</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1980</year>). <article-title>Non-WKB Alfv&#xe9;n Waves in the Solar Wind</article-title>. <source>J.&#x20;Geophys. Res.</source> <volume>85</volume>, <fpage>1311</fpage>&#x2013;<lpage>1327</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/JA085iA03p01311</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Heyvaerts</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Priest</surname>
<given-names>E. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1983</year>). <article-title>Coronal Heating by Phase-Mixed Shear Alfven Waves</article-title>. <source>Astron. Astrophysics</source> <volume>117</volume>, <fpage>220</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hollweg</surname>
<given-names>J.&#x20;V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yang</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1988</year>). <article-title>Resonance Absorption of Compressible Magnetohydrodynamic Waves at Thin &#x201c;Surfaces&#x201d;</article-title>. <source>J.&#x20;Geophys. Res.</source> <volume>93</volume>, <fpage>5423</fpage>&#x2013;<lpage>5436</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/JA093iA06p05423</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ionson</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1978</year>). <article-title>Resonant Absorption of Alfvenic Surface Waves and the Heating of Solar Coronal Loops</article-title>. <source>ApJ</source> <volume>226</volume>, <fpage>650</fpage>&#x2013;<lpage>673</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/156648</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Iroshnikov</surname>
<given-names>P. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1964</year>). <article-title>Turbulence of a Conducting Fluid in a strong Magnetic Field</article-title>. <source>Soviet Astron.</source> <volume>7</volume>, <fpage>566</fpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Keppens</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meliani</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>van Marle</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Delmont</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vlasis</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>van der Holst</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Parallel, Grid-Adaptive Approaches for Relativistic Hydro and Magnetohydrodynamics</article-title>. <source>J.&#x20;Comput. Phys.</source> <volume>231</volume>, <fpage>718</fpage>&#x2013;<lpage>744</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcp.2011.01.020</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kohutova</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Verwichte</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Froment</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>First Direct Observation of a Torsional Alfv&#xe9;n Oscillation at Coronal Heights</article-title>. <source>Astron. Astrophysics</source> <volume>633</volume>, <fpage>L6</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/201937144</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kolmogorov</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1941</year>). <article-title>The Local Structure of Turbulence in Incompressible Viscous Fluid for Very Large Reynolds&#x2019; Numbers</article-title>. <source>Akademiia Nauk SSSR Doklady</source> <volume>30</volume>, <fpage>301</fpage>&#x2013;<lpage>305</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kraichnan</surname>
<given-names>R. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1965</year>). <article-title>Inertial-Range Spectrum of Hydromagnetic Turbulence</article-title>. <source>Phys. Fluids</source> <volume>8</volume>, <fpage>1385</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1761412</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Magyar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Doorsselaere</surname>
<given-names>T. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Generalized Phase Mixing: Turbulence-like Behaviour from Unidirectionally Propagating MHD Waves</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>7</volume>, <fpage>14820</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-017-13660-1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Magyar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019a</year>). <article-title>The Nature of Els&#xe4;sser Variables in Compressible MHD</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>873</volume>, <fpage>56</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/ab04a7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Magyar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019b</year>). <article-title>Understanding Uniturbulence: Self-cascade of MHD Waves in the Presence of Inhomogeneities</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>882</volume>, <fpage>50</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/ab357c</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Matthaeus</surname>
<given-names>W. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qin</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bieber</surname>
<given-names>J.&#x20;W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zank</surname>
<given-names>G. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Nonlinear Collisionless Perpendicular Diffusion of Charged Particles</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>590</volume>, <fpage>L53</fpage>&#x2013;<lpage>L56</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/376613</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Matthaeus</surname>
<given-names>W. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zank</surname>
<given-names>G. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oughton</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mullan</surname>
<given-names>D. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dmitruk</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Coronal Heating by Magnetohydrodynamic Turbulence Driven by Reflected Low-Frequency Waves</article-title>. <source>Astrophysical J.&#x20;Lett.</source> <volume>523</volume>, <fpage>L93</fpage>&#x2013;<lpage>L96</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/312259</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Morton</surname>
<given-names>R. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tiwari</surname>
<given-names>A. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>McLaughlin</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Weak Damping of Propagating MHD Kink Waves in the Quiescent corona</article-title>. <source>APJ</source> <volume>923</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>225</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/ac324d</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nechaeva</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zimovets</surname>
<given-names>I. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nakariakov</surname>
<given-names>V. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goddard</surname>
<given-names>C. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Catalog of Decaying Kink Oscillations of Coronal Loops in the 24th Solar Cycle</article-title>. <source>ApJS</source> <volume>241</volume>, <fpage>31</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4365/ab0e86</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Perez</surname>
<given-names>J.&#x20;C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chandran</surname>
<given-names>B. D. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Direct Numerical Simulations of Reflection-Driven, Reduced Magnetohydrodynamic Turbulence from the Sun to the Alfv&#xe9;n Critical Point</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>776</volume>, <fpage>124</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/776/2/124</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Popescu Braileanu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lukin</surname>
<given-names>V. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khomenko</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Vicente</surname>
<given-names>&#xc1;.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Two-fluid Simulations of Rayleigh-Taylor Instability in a Magnetized Solar Prominence Thread</article-title>. <source>Astron. Astrophysics</source> <volume>646</volume>, <fpage>A93</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361/202039053</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rappazzo</surname>
<given-names>A. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Velli</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Einaudi</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dahlburg</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Nonlinear Dynamics of the Parker Scenario for Coronal Heating</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>677</volume>, <fpage>1348</fpage>&#x2013;<lpage>1366</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/528786</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Raymond</surname>
<given-names>J.&#x20;C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>McCauley</surname>
<given-names>P. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cranmer</surname>
<given-names>S. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Downs</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>The Solar Corona as Probed by Comet Lovejoy (C/2011 W3)</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>788</volume>, <fpage>152</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/788/2/152</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Roberts</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1981</year>). <article-title>Wave Propagation in a Magnetically Structured Atmosphere</article-title>. <source>Sol. Phys.</source> <volume>69</volume>, <fpage>27</fpage>&#x2013;<lpage>38</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF00151253</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ruderman</surname>
<given-names>M. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roberts</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <article-title>The Damping of Coronal Loop Oscillations</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>577</volume>, <fpage>475</fpage>&#x2013;<lpage>486</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/342130</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sedl&#xe1;&#x10d;ek</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1971</year>). <article-title>Electrostatic Oscillations in Cold Inhomogeneous Plasma I. Differential Equation Approach</article-title>. <source>J.&#x20;Plasma Phys.</source> <volume>5</volume>, <fpage>239</fpage>&#x2013;<lpage>263</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0022377800005754</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shoda</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yokoyama</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Anisotropic Magnetohydrodynamic Turbulence Driven by Parametric Decay Instability: The Onset of Phase Mixing and Alfv&#xe9;n Wave Turbulence</article-title>. <source>Astrophysical J.&#x20;Lett.</source> <volume>859</volume>, <fpage>L17</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/2041-8213/aac50c</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Suzuki</surname>
<given-names>T. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Inutsuka</surname>
<given-names>S.-i.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Making the Corona and the Fast Solar Wind: A Self-Consistent Simulation for the Low-Frequency Alfv&#xe9;n Waves from the Photosphere to 0.3 AU</article-title>. <source>ApJ</source> <volume>632</volume>, <fpage>L49</fpage>&#x2013;<lpage>L52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/497536</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Terradas</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Andries</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arregui</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oliver</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ballester</surname>
<given-names>J.&#x20;L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Nonlinear Instability of Kink Oscillations Due to Shear Motions</article-title>. <source>ApJ</source> <volume>687</volume>, <fpage>L115</fpage>&#x2013;<lpage>L118</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/593203</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Thurgood</surname>
<given-names>J.&#x20;O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Morton</surname>
<given-names>R. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>McLaughlin</surname>
<given-names>J.&#x20;A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>First Direct Measurements of Transverse Waves in Solar Polar Plumes Using Sdo /Aia</article-title>. <source>Astrophysical J.&#x20;Lett.</source> <volume>790</volume>, <fpage>L2</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/2041-8205/790/1/L2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tomczyk</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>McIntosh</surname>
<given-names>S. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Keil</surname>
<given-names>S. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Judge</surname>
<given-names>P. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schad</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seeley</surname>
<given-names>D. H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Alfve&#x301;n Waves in the Solar Corona</article-title>. <source>Science</source> <volume>317</volume>, <fpage>1192</fpage>&#x2013;<lpage>1196</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.1143304</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tu</surname>
<given-names>C.-Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marsch</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Mhd Structures, Waves and Turbulence in the Solar Wind: Observations and Theories</article-title>. <source>Space Sci. Rev.</source> <volume>73</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>210</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF00748891</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>van Ballegooijen</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Asgari-Targhi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cranmer</surname>
<given-names>S. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>DeLuca</surname>
<given-names>E. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Heating of the Solar Chromosphere and Corona by Alfv&#xe9;n Wave Turbulence</article-title>. <source>ApJ</source> <volume>736</volume>, <fpage>3</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637X/736/1/3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Magyar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruderman</surname>
<given-names>M. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ismayilli</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Nonlinear Damping of Standing Kink Waves Computed with Els&#xe4;sser Variables</article-title>. <source>ApJ</source> <volume>910</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>58</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/abe630</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goossens</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hnat</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Magyar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020a</year>). <article-title>Wave Pressure and Energy Cascade Rate of Kink Waves Computed with Els&#xe4;sser Variables</article-title>. <source>Astrophysical J.</source> <volume>899</volume>, <fpage>100</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4357/aba0b8</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nakariakov</surname>
<given-names>V. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Verwichte</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Coronal Loop Seismology Using Multiple Transverse Loop Oscillation Harmonics</article-title>. <source>A&#x26;A</source> <volume>473</volume>, <fpage>959</fpage>&#x2013;<lpage>966</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/0004-6361:20077783</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Van Doorsselaere</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Srivastava</surname>
<given-names>A. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Antolin</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Magyar</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vasheghani Farahani</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020b</year>). <article-title>Coronal Heating by MHD Waves</article-title>. <source>Space Sci. Rev.</source> <volume>216</volume>, <fpage>140</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11214-020-00770-y</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Verdini</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Velli</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Buchlin</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Turbulence in the Sub-alfv&#xe9;nic Solar Wind Driven by Reflection of Low-Frequency Alfv&#xe9;n Waves</article-title>. <source>ApJ</source> <volume>700</volume>, <fpage>L39</fpage>&#x2013;<lpage>L42</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0004-637x/700/1/l39</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wentzel</surname>
<given-names>D. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1979a</year>). <article-title>Hydromagnetic Surface Waves on Cylindrical Fluxtubes</article-title>. <source>Astron. Astrophysics</source> <volume>76</volume>, <fpage>20</fpage>&#x2013;<lpage>23</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wentzel</surname>
<given-names>D. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1979b</year>). <article-title>The Dissipation of Hydromagnetic Surface Waves</article-title>. <source>ApJ</source> <volume>233</volume>, <fpage>756</fpage>&#x2013;<lpage>764</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1086/157437</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xia</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teunissen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mellah</surname>
<given-names>I. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan&#xe9;</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Keppens</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>MPI-AMRVAC 2.0 for Solar and Astrophysical Applications</article-title>. <source>ApJS</source> <volume>234</volume>, <fpage>30</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/1538-4365/aaa6c8</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>