现代科学技术日新月异的迅猛发展,地理信息技术也在不断的更新和进步。随着社会信息化的加剧,特别是时间维度的广泛使用,气象动态监测和分析、国土资源管理、交通管理与监控、环境监察等诸多应用领域对地理信息系统(GIS)提出了更高的要求——时空分析。因此,在越来越多的应用中,时空信息显得更加重要。传统的GIS已不再胜任这些更高层次的需求,时态GIS (Temporal GIS,简称TGIS)作为GIS研究和应用的新领域,受到了越来越多学者的关注和重视。TGIS的核心和基础是建立合适且有效的时空数据模型(Saptio-temporal data model, STDM),以研究时间和空间联合的问题,跟踪、分析随时间变化的空间及非空间信息。STDM能够将地理对象的空间、时间及属性信息进行合理、有效的组织和管理,并能够重现历史状态,追踪变化,显示现状,预测未来。而以过程为核心的时空数据模型由于其在存储与动态分析方面的优越性,成为目前时空数据模型研究的新方向和新进展。在本论文中,作者针对风暴数据场的时空特征,并结合以过程为核心时空数据模型的理论基础,设计了基于风暴过程的四维时空数据模型(Storm-PBSTDM)。通过对真三维环境下四维风暴过程数据场的关系、时空过程变化特征进行分析和表达,建立能够适合于描述风暴过程的四维时空过程的语义框架；研究风暴时空过程对象的描述与组织,建立面向风暴过程的时空查询机制,进而构建面向风暴过程的四维时空数据场模型。论文的研究无论从理论上还是从实践上都为以过程为核心的时空数据模型做了很好的探索与开拓,将进一步补充和完善面向过程的时空数据模型的理论和方法,为通用模型的研发提供借鉴、经验和基础,对促进多维动态GIS发展、气象专业领域的研究与应用都具有重要的意义。在整个研究过程中,本论文主要完成了以下系列的研究工作：1、论文的综述。课题在分析研究的背景以及研究现状的基础上,指出目前研究的三个问题,主要缘由在于：(1)以过程为核心的时空数据模型尚处在萌芽阶段,理论基础还不是很强大,不同学者对时空过程的理解存在差异,因而时空数据模型的研究还存在不足之处；(2)对风暴过程的表达分析还局限在时间域和空间域的独立阶段,时空分析相对匮乏,没有能够有效表达风暴过程时空变化的数据模型,难以以过程为核心,进行全面的综合分析与研究等。在此基础上,作者确定了本论文的主要研究目标、主要研究内容及论文的组织结构。2、时空数据建模基础。论文通过较为系统地介绍了地理世界中的时空观念,建立起正确的时空认知概念；然后从时间语义、空间语义、事件语义、属性语义、过程语义等方面对时空语义进行了详细的总结和研究,为后续研究提供理论思想基础；最后通过对比分析现有的几种典型时空数据模型,为四维风暴数据场的过程化模型构建提供借鉴。3、Storm-PBSTDM概念模型的构建。论文通过分析风暴时空过程四维数据场变化特征,以时空过程思想为指导,对时空过程语义的基本表达对象——四维风暴数据场进行了分析,通过建立的四维风暴时空过程(Storm Spatio-temporal Process,简称SSTP)的语义表达框架,对复杂时空变化过程现象进行了时空语义建模,构建Storm-PBSTDM的概念模型。4、Storm-PBSTDM逻辑模型的构建。论文在Storm-PBSTDM概念模型的基础上,根据风暴时空过程对象自身的演变特性、语义分级结构、内部特定关系等,将风暴数据场的时空数据进行分级抽象,研究风暴现象时空过程对象之间及对象内部的关系和逻辑结构,实现对风暴时空过程对象的有效表达与组织,建立四维时空数据场的逻辑模型。5、设计、开发实验系统。讨论了实验系统的基本架构、功能模块和开发策略,并以风暴体回波数据为例进行实验,对风暴数据场的历史回溯、时空过程化查询等时空分析功能做了相应的设计和检验。6、最后,对论文的研究工作进行全面总结,并指出存在的问题和下一步的研究方向,对今后的相关研究做了美好的展望。本论文的研究特色、工作成果与创新点主要体现在以下几个方面：1、对SSTP进行分级语义描述,建立四维时空过程的语义表达框架,为四维时空数据场模型的建立提供基础。2、时空查询方法：建立合适的时空过程化查询机制,达到对时空信息的检索能力,确定过程化查询方法是选题的关键问题之一。