由漂移波湍流所造成的反常输运现象是制约托卡马克约束性能提高的重要因素。其中，离子温度梯度(ITG)不稳定性被认为是导致离子能量反常输运的主要原因，并且在最近几十年中被广泛地通过理论、实验与数值模拟的方式进行了研究。但是由于电磁湍流是一个高度非线性的复杂系统，对其进行完备而自洽地描述是非常困难的。近年来，人们通过统计分析的方法，对湍流的间歇性振荡现象、雪崩现象等多种不同的能量输运模式进行了深入的研究，提出了自组织临界稳定(SOC)，自相似(self-similarity)及1/f噪声等一系列用以描述湍流性质的理论。　　在托卡马克等离子体中，E×B剪切流能够通过对湍流结构的去相关作用限制湍流的发展，从而对能量输运起到约束作用。近年来，有非常多的工作对E×B剪切流进行了细致地研究，这其中，阶梯E×B流在实验和数值模拟上的发现为湍流输运的约束提供了新的方式。这种E×B流模式由于在径向方向上具有稳定的介观尺度剪切流结构，能够对输运抑制起到良好作用，因此也被称作“微输运垒”。　　托卡马克系统中的湍流输运现象与E×B剪切流之间并不是孤立的，而是相互影响、相互制约，共同在能量输运的过程中扮演着重要的角色。近年来，回旋动理学模拟的发展为托卡马克等离子体中微观不稳定性的研究提供了强有力的技术支持。本文基于五维大规模回旋动理学模拟代码GKNET(Gyro-Kinetic Numerical Experimental Tokamak)，对托卡马克等离子体中湍流输运的统计特性，间歇性爆发现象和雪崩现象的产生机制，以及阶梯E×B流的激发与维持机制进行了系统地研究。该程序是由京都大学·岸本实验室(Kyoto Univ.Kishimoto-Lab)基于回旋动理学伏拉索夫方法开发的，该程序能够对托卡马克中的湍流输运进行系统的研究。论文的基本构架及主要研究内容如下:　　第一章，从世界能源结构的变迁出发，简要介绍了本论文的研究背景和意义，概述性地对托卡马克中的输运过程及E×B剪切流进行了阐述。　　第二章，首先给出了环位形下回旋动理学伏拉索夫方程的基本推导过程，并对其所满足的守恒律进行了验证。然后简要介绍了本文所使用的回旋动理学数值模拟代码GKNET，并对其所采用的全局物理参数和剖面选取进行了说明。　　第三章，通过加热驱动托卡马克等离子体系统的GKNET回旋动理学数值模拟，利用湍流结构的概率分布密度(PDF)分析等多种统计学方法，对湍流输运的统计特性进行了研究。通过湍流输运的相关性分析，证明了加热驱动托卡马克系统是一个典型的非扩散型输运系统;通过湍流输运的频谱分析与温度扰动结构的波谱分析，对湍流的基本时空特性进行了研究。最后在湍流输运结构的概率密度(PDF)分析中，给出了湍流输运尺寸分布的定标关系，并研究了输运结构分布对净输运水平的影响。　　第四章，通过GKNET回旋动理学数值模拟，对托卡马克系统中阶梯E×B流的基本特性及激发机制进行了研究。发现阶梯E×B流起源于非线性饱和阶段，具有温度梯度和径向电场对称的特点。通过δf数值模拟，对阶梯E×B流的激发机制进行了研究。结果显示，阶梯E×B流的径向电场结构主要来源于湍流所激发的偶对称结构带状流，由温度展平效应所导致的径向平均流对电场变化起到了补充的作用。此外还发现了背景流剪切对阶梯E×B流模式或雪崩模式的选择具有重要意义。　　第五章，通过δf剖面驱动GKNET回旋动理学数值模拟，对在阶梯E×B流存在的条件下间歇性爆发现象的形成机制进行了研究，发现在湍流电势涡旋结构被阶梯E×B流打碎，并沿极向方向旋转的过程中，小尺度湍流结构会通过相位匹配的方式重新在径向方向上排列成一条直线，重新构成具有较大径向相关长度的大尺度湍流结构，从而导致间歇性爆发现象的发生并为阶梯E×B流的维持提供能量。本章还讨论了阶梯E×B流的产生与维持机制的外推性，并验证了加热驱动托卡马克系统中，阶梯E×B流的雪崩维持机制与间歇性爆发维持机制的共存特性。此外，还提出了在具有阶梯E×B流条件下，托卡马克系统中ITG湍流能量的传递路径理论。　　最后，在第六章中对本文的主要结果进行总结，并对未来的研究工作进行展望。