Abstract: A. O. Adelakun, I. O. Ajayi, A. C. Adebisi (2026)

This study investigates scale-dependent coupling and directional causality among solar-wind proton density, temperature, and speed using cross-multifractal and nonlinear dynamical analyses. The multifractal cross-correlation (MF-X-DFA) reveals that all parameter pairs exhibit strong q-dependent scaling, confirming multifractality, with the proton temperature-speed (PT-PS) pair showing the broadest singularity spectrum and strongest cross-multifractal coupling. Joint recurrence quantification analysis (JRQA) indicates coherent dynamical structures and enhanced synchronization for PT-PS, consistent with its highest joint determinism and laminarity values. Transfer entropy further confirms directional information flow predominantly from temperature and density toward speed, identifying PS as the major information sink. Collectively, these results establish a coherent thermokinetic coupling hierarchy in the solar wind, linking scale-dependent multifractal correlations, recurrence-based synchronization, and directional causal interactions. The proposed integrated nonlinear framework provides a robust basis for diagnosing coupled plasma dynamics in space-plasma turbulence.

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Scale-dependent coupling and directional causality in solar-wind dynamics