随着我国农业生产由传统农业向现代农业转变，以及气候条件，气候资源的变化，开展现代农业气候区划将成为合理利用农业气候资源，科学布局农作物生产的重要依据，对农业防灾减灾、提高农业生产效益，发展特色农业、保障我国粮食安全具有十分重要的意义。“精细化农业气候区划试点”是中国气象局立项支持的，由湖南省气候中心主持的科研项目。在精细化农业气候区划系统研制过程中，气象要素小网格数据是开展各项区划研究工作的基础。小网格数据通过气象数据插值产生，由于气象数据类型多样化，插值算法及衍生算法种类繁多，要求系统计算模块具有良好的可扩展性。同时，小网格数据是基于经度、纬度、时间的规范数据立方体，考虑不同气象要素与插值方法组合，最终数据总量将极其庞大，传统的信息管理系统数据处理模式已经很难满足系统的实际应用需求。因此，需对小网格数据的计算、存储及通讯方案展开研究，以便于开发符合系统业务需求的相关功能模块。本文所做工作如下：通过分析气象要素小网格数据在不同存储格式下的计算机操作性能指标，确定了基于Network Common Data Format（NetCDF）格式的气象要素小网格插值数据存储方案，该方案解决了海量小网格数据的存储问题，在实际应用中取得了较好的效果；构建了面向服务的小网格数据访问架构，选择了基于Web Service通信方式的字节流压缩技术实现桌面客户端数据访问接口，实现了小网格数据的通讯功能模块；针对小网格数据处理流程，实现了小网格数据处理的数据准备，插值计算与指标统计功能模块；最后研究了K-means聚类算法在基于小网格数据的农业气候资源区划中应用，并提出了IK-means聚类算法与CK-means聚类算法两种改进算法，改进算法适用于单属性聚类，对比经典算法，效果有一定提高，CK-means聚类算法应用于“精细化农业气候区划系统”。