湍流问题一直是经典力学中没有得到很好解决的一个难题。在湍流发展的过程中，信号处理方法的发展(包括各种统计方法)起到了极其重要的作用，帮助人们加深了对于湍流现象的理解。然而，湍流研究在理论分析、数值计算和实验三个方面存在的困难，以及传统信号处理方法所具有的局限，限制了人们对于湍流问题的进一步理解。因而，作为研究湍流问题的一个强有力的手段，信号处理方法需要新的发展，来帮助人们重新认识和发现湍流。 本文首先介绍了新近发展出来Hilbert-Huang变换方法。该方法有着完全的自适应、更高的时间和频率分辨率等优点，因而是用来分析非平稳、非线性数据1的理想工具。同时，在HHT方法中，波内频率调制所描述的非线性机制对非线性作用的描述提供了一个全新的视角。 然后使用HHT方法分析了圆柱绕流尾迹流的实验数据和大气湍流观测数据。圆柱绕流尾迹流的分析结果表明主要含能模态存在着明显的波内频率调制，表明圆柱绕流的涡的脱落频率并不是一个常值，而是围绕着某一值出现上下波动，这说明涡的脱落过程受控于非线性机制。同时，从涡的空间演化来看，同样存在着明显的波内频率调制，说明非线性作用的存在。在对大气湍流的分析中，经验模态分解法很好地提取了相干结构，分析表明大气运动以及湍动能输运和热量输运主要受到这些大尺度的相干结构的控制。同时相干结构相应的瞬时频率存在着明显的波内频率调制，说明在涡的时空演化过程中非线性作用，如涡的变形、耗散、破碎起到了主要作用。而在Hilbert边际谱中还发现，在较低的频率就脱离惯性子区，从而进入了耗散区。