全球离散格网系统(Discrete Global Grid System,DGGS)突破了平面信息表达的限制,借助特定方法将地球弯曲表面进行递归剖分,形成无缝无叠、形状一致、彼此嵌套的多分辨率格网层次结构,为统一描述和表达复杂多样的地理现象提供了可靠的理论基础,在空间数据表达与地球系统模式两个领域内得到广泛应用。虽然两个领域的全球离散格网在几何形态上是相似的,但是在其组成要素上有明显差异,并且不同格网系统各具特色,互不相通,很难进行有效的数据集成或系统耦合。因此,在兼顾数据表达和模式计算的基础上实现多种格网的统一表达,能够提升全球离散格网数据共享、分析及可视化的能力,促进全球离散格网应用的发展。本文立足于现有全球离散格网研究成果,在格网核心特征的基础上,借鉴F5数据模型中利用Fiber Bundle理论表达多种科学数据的思想,设计了全球离散格网通用数据模型;通过规则存储的方式实现了半规则格网的隐式表达;最后,通过设计格网数据组织、服务与可视化方法形成原型系统,验证数据模型对多种格网的支持。本文的研究内容与成果主要包括:(1)面向半规则格网,梳理全球离散格网的构成要素,包括理想多面体、剖分方法、投影方法及格网编码四部分,总结全球离散格网蕴含的拓扑关系,包括时序关系、层次关系、邻接关系及组成要素关系四种,从格网构成与格网拓扑关系两方面实现全球离散格网概念模型的构建。(2)基于Fiber Bundle理论在时间与空间的融合,设计了无环图结构表达多种格网,利用三角形、菱形及六边形三种半规则格网内在的联系,实现了半规则格网的规则存储,能够高效表达多种格网关系,形成了全球离散格网通用数据模型。(3)根据格网层次嵌套的特征,设计格网菱形块结构,以“分层分块”的方式划分格网,利用空间填充曲线的思想对格网菱形块编码索引,实现了格网金字塔模型。然后,提出了基于格网菱形块的格网数据高效集成方法。最后,通过文档型数据库及服务技术实现了的格网菱形块的组织与服务。通过实验验证,结果表明,本文提出的基于Fiber Bundle的全球离散格网通用数据模型支持多种类型格网的表达,克服了多种格网系统彼此独立、互不相通的局限;支持格网时序与格网多组成要素的表达,是对现有格网数据模型的扩展;针对半规则格网设计的隐式表达方法具有较高效率,克服了目前半规则格网在存储结构上的缺陷;基于格网菱形块的格网数据组织与服务方法具有较高并发效率,基于服务的原型系统架构模式为全球离散格网应用的发展提供了新的思路。