世界从本质上说是非线性的,以非线性为特征的非线性科学是一门跨学科的综合性、边缘性、交叉性学科,旨在揭示非线性系统的共同性质、基本特征和运动规律。小波分析是非线性科学的前沿高技术之一,它是一种时频局部化或称为时频定位的工具,它具有多分辨率分析的特点,而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。地统计学(Geostatistics),又称地质统计学,以区域化变量理论为基础,以变异函数为主要工具,研究那些在空间分布上既有随机性又有结构性,或空间相关和依赖性的自然现象的科学。分形是研究非线性的重要工具,它研究自然界非线性过程内随机性所具有的特殊性,为科学地描述自然界的复杂现象提供了全新的概念与方法。本文从气候系统具有多时空尺度、多层次结构和分形特征的角度出发,基于GIS空间分析技术,应用小波分析方法、地统计方法、分形理论,分析研究塔里木河流域1959年-2006年48年气候时间序列数据,以期能够揭示该区域气候的非线性特征。论文共分为六个章节。第一章首先论述了研究背景和选题意义,其次对气候的时空变异格局研究、气候的多时问尺度结构研究、气候的分形研究这三个相关领域的国内外研究进行概述。在此基础上,提出了本文的研究目标。第二章集中阐述了研究区概况、气候数据的选择及来源,给出了本文研究的技术路线。第三章通过小波分解与重构,分析研究不同的时间尺度上气候时间序列的变化趋势,揭示塔里木河流域气候时间序列的波动变化规律。作者对于时间尺度和小波函数做多种选择,进行试验研究,结果发现,以Symmlet作为基小波、以sym8为小波函数做出的小波分解与重构结果具有强壮性,最终作者将目标锁定在S4、S3和S2三种时间尺度上进行分析。第四章在GIS空间分析技术支撑下,应用地统计分析方法和Mann—Kendall统计检验方法,分析研究了塔里木河流域气温、降水、空气湿度的时空分布规律。第五章在GIS空间分析技术支撑下,应用分形理论、相空间嵌入定理和地统计理论,计算得到流域气温、降水、空气湿度的分形维数,并对分形维数进行空间插值,分析研究了塔里木河流域气候的分形特征。第六章对论文的研究成果进行了总结和概括,并提出未来需进一步开展的工作。