风是毒害气体传播或扩散的主要载体,受温度、压力、建筑物和复杂地形等因素的影响,近地面风场呈现出很强的非线性、不稳定性和不确定性等特征,给毒害气体扩散轨迹的估计和泄漏源的追踪定位研究带来了极大的困难。因此,深入研究自然风场的动力学机理及时空演化特征,将有助于更准确地解读气体的流动规律,进而为毒害气体泄漏源定位提供有价值的线索。近年来,研究发现复杂网络方法非常适合用来分析理论模型难以精确描述的复杂非线性系统,已经被广泛应用于生物系统、气象系统等诸多领域的研究中。本文基于时间序列复杂网络理论,对超声风速仪的优化选型进行了探讨,并对近地面风场中风速时间序列的空间关联性和差异性进行了深入分析,主要工作内容如下:一、针对超声波风速仪的优化选型问题,采用抗噪性能良好的有限穿越可视图复杂网络建网方法对相同时间段内、采样频率分别为1Hz、2Hz、4.2Hz、5Hz、6.25Hz、8.3Hz、12.5Hz、16.7Hz、25Hz、50Hz的室内、室外风速时间序列进行网络特性指标分析。测试结果表明,综合考虑价格因素和获取风场信息的完整度,建议在室内环境下超声风速仪采样频率的最低阈值为8Hz,而在室外环境中选用至少5Hz左右的超声风速仪。二、针对无权网络映射关系过于粗糙的缺陷,提出了一种新的基于可视角度测算的时间序列加权复杂网络映射方法。通过对Logistics混沌映射系统和叠加不同噪声强度的Lorenz动力系统的分析结果表明,本文所提方法对信号的细微变化具有极好的敏感性,能够精细地刻画信号间的细微差异。最后,采用加权复杂网络建网方法对不同高度处采集到的风速信号进行分析,结果表明,该方法不仅能够有效地区分风场竖直方向上的多点风速信号,且能准确地反映风速信号之间的空间排布规律。三、为了深入挖掘三维复杂风场在不同尺度的波动结构中蕴含的有价值信息,采用了一种多变量与多尺度相结合的时间序列复杂网络建网方法。通过与经典的单变量时间序列分析方法的对比研究表明,该方法能更准确地区分室内、室外两种环境下的三维风速信号,且能更好地量化展现风场在不同尺度下的本质差异。