(完整版)数值天气预报基本问题及展望
10～30d延伸期天气预报领域中存在的问题及前景展望-4页word资料
10～30d延伸期天气预报领域中存在的问题及前景展望在当前天气预报过程中，10～30d延伸期预报是“无缝隙预报”中的难点。
它的理论基础并不完善，在进行预报的过程中存在着太多复杂性问题，但它的作用又十分明显和有效，以此，对0～30d延伸期在天气预报中的运用一直是全球性的探究问题，本文就以10～30d延伸期天气预报领域中存在的问题及前景展望进行探究。
一、延伸期预报的含义和重要性现在天气预报内容主要有短时预报、中期预报和月尺度以上的气候预测。
其中短期预报指未来0～12小时之内的天气变化的预报；中期遇到则指4～10d的预报；在对天气预报和气候预测过程中，0～30d延伸期预报是天气预报的一个重大难点。
延伸期预报对自然灾害的预测和放在措施的及时开展具有重要意义。
延长对灾害性、转折性和关键性的天气预报是现今天气预报部门工作中需要继续解决的问题。
直到现在位置，在全球范围内天气预报业务中还存在着延伸期预报的困难性。
深入研究10～30d延伸期天气预报对社会的发展和社会的稳定具有重要意义，而且具有重要的科学价值。
二、延伸期预报中存在的问题2.1物理性质对延伸期预报的影响中纬度西风带的大气平均30d左右就能够环绕地球一圈，而大尺度的对流层扰动能力则在7～14d的时间内就能环绕地球一圈。
在延伸期的天气过程中，整个地球大气系统在相互作用，彼此间相互影响，极有可能引发“蝴蝶效应”。
因为大气运动在空间中的多尺度性和时间上的周期性，来自地球内部的上热传导和放射性效应可以忽略掉，而且因为大气位能转换成功所需要的时间与摩擦引起的动能消耗时间相等，所以它需要的能量可以依靠大气自身的位能转化来维持，从而不需要与外界进行能量的交换。
延伸性预报主要是对大气系统初值的记忆和总结，然后将其数字化和书面化，从而得到天气状况。
但由于延伸期预报需要更长时间的初值记忆，其所需要的能量不能仅仅依靠大气自身的位能进行转化，所以延伸期预报具有能量不足这一特点。
对我国天气预报业务几个问题的思考
对我国天气预报业务几个问题的思考中央气象台台长矫梅燕1、分析天气预报业务所面临的问题天气预报业务发展的根本目标是不断提高预报准确率。
但是应该看到，面对着我国气象服务的需求和发达国家的发展经验，我们的预报业务能力存在着明显的差距。
主要表现在：一是预报的精细化程度不高，特别是中小尺度突发性灾害天气的监测和短时预警业务能力十分薄弱，暴雨等强天气的定量预报能力不足，远不适应防灾减灾的国家需求；二是标志着天气预报科技水平核心预报技术的数值预报的水平，与发达国家的差距巨大，尽管我国的数值预报业务已经历了二十多年的发展，但尚未走上一条可持续发展的道路；三是天气预报的业务技术体制不完善，适应现代天气预报业务和精细化气象服务需求的预报技术路线、业务技术系统尚未完全建立，业务布局与分工及业务流程等尚不够明晰；四是天气预报业务的人才队伍严重不足，专家型预报员队伍尚未真正建立起来。
针对天气预报业务存在的问题，天气预报业务体系的建设应围绕着数值预报的持续发展、专业化的预报业务和技术体系建设、五级台站集约化业务流程与分工以及预报专家队伍建设等问题来逐步推进。
2、关于数值预报的持续发展问题总结我国数值预报发展的不足，借鉴发达国家的经验。
个人认为，国家数值预报业务要尽快走上可持续发展的道路，也就是要建立起具有自主发展完善能力的数值预报模式系统，实现对模式系统持续性地改进提高，才能逐步形成我国数值预报的科技优势。
现阶段模式发展要重点围绕变分同化技术和资料应用展开，着力解决观、探测资料的质量控制到模式同化应用等系统性研发问题，推动资料应用与模式研发的专家及业务科研单位间的联合合作，尽快实现多元卫星遥感资料及雷达、GPS等多种非常规资料的同化应用，提升多种气象观测资料的应用能力。
在模式物理过程方面，目前要加强相应的科研工作，做好科技储备。
3、关于发展专业化预报业务和技术体系问题在业务体系方面，预报的精细化需要建立在专业化的业务体系上。
影响气象预报准确率的因素及改进措施
影响气象预报准确率的因素及改进措施摘要：在气象服务工作中，多数气象用户不能正确理解天气预报误差，这将对其正确决策产生不利影响。
文章对天气预报误差进行分析，探讨其改进的措施。
关键词：气象预报；准确率；影响；因素；措施引言气象预报是一项专业性很强的技术活，同时气象预报还是一种让人无法控制的自然现象，因此，要想对气象的发生作出一定的预报，就能使误差减小。
但是，随着气象预报的发展，人们对气象的变化的预报准确率已经有了很大的提升，气象预报的误差开始逐渐缩小。
一、影响和制约气象预报准确率的因素（一）气象监测信息获取不全面气象局观测站其根本使命是积攒长期稳定牢靠且具备准确性、代表性与对比性的气候观测材料，用于气象顶报监测的系统关键为地面巩固监测与肉眼目测等，实施业务人员昼夜持续守班，实行每1h一次定时观测，以每天24次观测记录实行报表统计与上报。
在时间观测上，监测信息的获得是固定而不是持续性的，况且所有监测站点的分布虽在逐渐加密但还会存在空间间隔，若是大气变化碰巧出现在这此时空或空间间隔中，就会导玫获取的监测信息缺失现象，进而干扰气象顶报顶测的准确率。
（二）气象预报分析技术急需提高气象顶报关键是利用对大气运动规则的监测，获得有关数据后，运用数字与物理学知识实行全方位的分析，最终得出结论，其分析技术依靠与受限于数学与物理学的发展。
气象局是观测员按时对上级指导顶报产品实行订正顶报，而后发布气象顶报产品，订正顶报一样是需求综合利用不同诊断分析、顶报技术与方法，在顶报业务方面，观测与顶报有着必定的联系，可是只凭观测员现有业务能力与知识层面还不可充分掌握气象顶报分析技术。
（三）气象观测环境受限制根据我国相关气象法律对气象观测站点四周环境的明确规定，气象观测站应创建在较为空旷的地带，四周不能有高大建筑物遮挡等。
但是，因为城市扩建等方面影响，近年来城市建设规模加快，观测场四周超限开发，影响与破坏气象观测环境与设施等行为屡禁不止，气象观测环境遭受影响和破坏的现象日益突出，影响严重的测站不得不迁移站址，直接影响着该地区气象观测资料的连续性和代表性，这也是近此年影响大气顶报顶测准确率的重要因素之一。
2024年气象知识竞赛问答题
A、附近有棵大树枝茂叶盛，正好躲雨
B、爬在树上远离地面
C、不可在大树下躲雨
暴雨天，室外积水漫入室内时，室内电源应立即(A)
A、切断，防止积水带电伤人
B、电源照常使用
C、关掉所有电器
坐汽车时遇到强雷电，下列哪种措施是正确的(B)
A、迅速开门下车
B、安稳地坐在车里
C、打开车门，但不下车
10.气候异常：正常气候起伏中出现的明显反常现象。主要由气候因子的配置发生较大变化所致。常导致人类及动植物的不相适应，而影响人类社会活动及生产活动，危及动植物的正常生长发育等。
11.二十四节气：二十四节气是根据地球在环绕太阳运行的轨道上所处位置划定的，属于阳历的范畴。地球绕太阳公转一周为360度，以春分时为0度，清明时为15度，以后每隔15度为一个节气，其日期在阳历中是基本固定的。二十四节气是中国历法的独创，是我国古代科学文化的辉煌成就之一。
13.我们平常所说的和风细雨,风力在几级时被称为和风?(4)
14.一年有四季,分别是春夏秋冬,从气象角度来说,每五天为一候,当候平均温度达到多少度时,表示春天已经到来. (候平均气温≤10℃ 冬季,10～22℃ 春季,≥22℃ 夏季,22～10℃ 秋季)
15.根据气象规定,国家基本站每天要观测四次,这四次的观测时间分别在什么时间?
4.小气候 小气候是在具有相同的大气候背景的范围内，在局部地区，由于地形方位、土壤条件和植被不一致，使该地区具有独特的气候状况。小气候的特点，主要表现在个别气象要素变化剧烈，以及个别天气现象上的差异。
5.城市气候 在大气候或区域气候的背景条件下，由于城市化的影响而形成的一种局地气候或小气候。城市气候呈现出所谓“五岛”的特征，即“热岛”、“湿岛”、“干岛”、“雨岛”、“混浊岛”。
数值天气预报数值天气预报复习.docx
数值天气预报第一章1、名词解释数值天气预报：所谓数值天气预报，就是在给定初始条件和边界条件的情况下，数值求解大气运动基本方程组，由已知的初始时刻的大气状态预报未来时刻的大气状态。
因此，大气运动基本方程组是制作数值天气预报的基础。
初始条件：初始条件就是初始时刻各因变量(即气象要素)的空间分布。
其一般形式为u=u(x,y,z,O) v=v(x,y,z,O)t=0, w=w(x,y,z,O)p=p(x,y,z,O)T=T(x,y,z,O)边界条件：边界条件就是所研究区域的大气边界上气象要素应满足的条件。
研究全球范围的大气运动，如果大气内部各气象要素都是连续的，则只需给出大气的下边界条件和上边界条件；如果大气内部存在不连续面，则还需给出内边界条件。
尺度分析:所谓尺度分析就是根据某种类型运动的特征尺度来估计基本方程组中各项数量级的大小，从而使方程组得到简化的一种方法。
特征尺度：物理变量的特征尺度是指某种类型运动所占据的空间范围、维持的时间、各场变量及时空变化的典型值。
大气模式：2、问答四种坐标系的优缺点？第二章1、名词解释地图放大因子：映像比例尺m是映像平面上的距离与地球表面上相对应距离的比值，称之为地图放大系数或地图放大因子。
正形投影：投影光源位于球心，映像面为圆锥面，映像面圆锥角为a (0<a<180),标准纬度为<Po 2、问答特点% —- *第二早1、名词解释平滑：所谓平滑就是用某点周围若干点的值进行加权平均来代替该点的值，经过这样处理的物理量场可以衰减或者滤掉短波分量。
2、问答什么是差分格式的相容性、收敛性和稳定性？它们之间的关系如何？答：截断误差是否随着网格距和时间步长趋于零而趋于零，称为解的收敛性问题。
舍入误差是否随着网格距和时间步长趋于零而在整个求解区域内保持有界，称为解的稳定性。
相容性、收敛性和稳定性之间的关系，即为克拉斯等价定理：对于一个线性微分方程的适定初值问题，若其差分方程和微分方程是相容的，则稳定性是收敛性的充分必要条件。
数值天气预报简介
数值天气预报数值天气预报（Numerical Weather Prediction, NWP）是根据大气实际情况，在一定初值和边值条件下，通过数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组，预报未来天气的方法。
和一般用天气学方法、并结合经验制作出来的天气预报不同，这种预报是定量和客观的预报。
预报所用或所根据的方程组和大气动力学中所用的方程组相同，即由连续方程、热力学方程、水汽方程、状态方程和3个运动方程(见大气动力方程) 共7个方程所构成的方程组。
方程组中，含有7个预报量（速度沿x，y，z三个方向的分量u，v，w和温度T，气压P，空气密度ρ以及比湿q）和7个预报方程。
方程组中的粘性力F，非绝热加热量Q 和水汽量S一般都当作时间、空间和这7个预报量的函数。
通过高性能计算机求解方程组，获得未来7个未知数的时空分析，即未来天气分布。
数值天气预报与经典的以天气学方法作天气预报不同，它是一种定量的和客观的预报，正因为如此，数值天气预报首先要求建立一个较好的反映预报时段的（短期的、中期的）数值预报模式和误差较小、计算稳定并相对运算较快的计算方法。
其次，由于数值天气预报要利用各种手段（常规的观测，雷达观测，船舶观测，卫星观测等）获取气象资料，因此，必须恰当地作气象资料的调整、处理和客观分析。
第三，由于数值天气预报的计算数据非常之多，很难用手工或小型计算机去完成，因此，必须要用高性能的计算机。
在中国，1982年开展数值预报业务。
目前数值预报已经成为各种业务天气预报的最重要的基础和持续提高业务天气预报准确率的根本途径。
在全球气候变化的大背景下，今年以来中国极端天气事件发生频繁，且呈多灾并发、点多面广的特点，并有多项局部地区灾害强度超过历史纪录。
其中包括南方暴雨洪涝，淮河流域性大洪水；北方多省局地强降雨；川渝地区继去年有气象记录以来最严重干旱，今年又最强降雨；北方和南方同时出现长时间、大范围高温干旱；今年雷击致人死亡为历年之最。
天气预报的基本思路和步骤(天气
天气预报的基 本思路和步骤
（天气学方法）
总的思路：
• 一调查，二分析，三预报: • 调查过去→分析现状→预报未来
一点说明： 只要能将预报结果按规定准确表达出来，写法 可以是各种各样的，没有统一规定一定要怎样写。 但由于填写预报单的目的、作用不同，在写法 上应有所区别：
• 日常服务——主要写明要素预报结论，通常不写预报理由。 • 天气日志——除要素预报结论外，还要有简单的理由（主 要是写结论性理由），便于以后作预报检查、天气小结等。 • 考核——要素、形势预报的结论和理由均要写，且预报理 由应比较充分，使考核者能从中了解你的预报思路和分析 问题的能力。 • 考核时，因为一次预报的准确性具有偶然性，故不能单纯 用要素预报准确情况来定成绩。一般具体要素预报得分比 重在50%以下，理由分析占一半或一半以上（即使预报有 出入，但理由分析充分、合理、没有矛盾，也可得分）。 当然理由与要素预报结论有联系，理由充分、合理，一般 预报结论也较准确。
(7)统计规律及指标的应用：
一般随季节、地区不同而异。
(8)高压轴向： (9)卫星云图、天气实况演变： (10条件和影响因子入手， 从各气象要素形成的条件和影响因子入手，进行 分析
1、云和降水 云和降水 (1)垂直运动条件：
a.分析空中槽、切变线、锋、低值系统等影响系 统的情况； b. 计 算 或 从 传 真 图 上 分 析 当 时 的 ω ,ζ 和 D850-D500等诊断量； c.分析数值预报结果： ω ，—Ⅴ·▽ζ等。
天气预报的数值模拟与预报技术研究
天气预报的数值模拟与预报技术研究天气预报是现代社会不可或缺的一项服务，在保障人民群众生产生活安全和社会经济发展中发挥着重要作用。
随着计算机科学技术的发展，数值模拟成为天气预报的重要手段之一。
本文将从数值模拟的基本概念、数值模拟的发展、数值模拟的应用以及未来数值模拟的发展趋势等几个方面探讨天气预报的数值模拟与预报技术研究。
一、数值模拟的基本概念数值模拟是指利用数值计算方法对某个物理问题进行模拟计算。
在天气预报中，数值模拟是指使用计算机模拟气象系统的运动和演化，利用大气动力学、热力学、辐射传输和化学反应等基本方程组，通过离散化的方法，将大气等复杂自然系统分解成一系列小区域进行精细计算，从而得出天气预报结果。
数值模拟的基本核心是数值模型。
数值模型是一个描述不同空间、时间尺度内气象变量的数学模型，是进行数值模拟的基础。
数值模型可以分为大气动力学模型、数值天气预报模型、高分辨率模型等。
其中数值天气预报模型是常用的数值模型之一，而国内最常使用的数值天气预报模型是中国气象局数值预报模式（CMA）。
二、数值模拟的发展数值模拟在天气预报中的应用可以追溯到20世纪50年代。
当时，美国气象学家Richardson开始尝试运用数学方法对天气系统进行模拟计算，从而开创了数值天气预报模型的研究之路。
60年代，英国气象学家Phillips最早提出了以质量守恒为基础的数值预报基本方程，并通过计算机模拟得到了第一批数值预报结果。
70年代初，欧洲气象中心（ECMWF）正式建立，开发出了世界上最早的数值天气预报模型，这标志着数值预报技术开始进入现代化。
近年来，人工智能技术在气象预报中得到了广泛应用。
例如，利用深度学习算法，可以更准确地预测沙尘暴、风暴等极端天气事件。
此外，基于云计算技术，国内外多个气象机构开发了自己的数值天气预报模型，实现了数值预报结果的快速更新和高精度预报。
三、数值模拟的应用数值模拟在天气预报中的应用已经非常广泛，可以预测天气变化趋势、降水、风、温度等气象要素。
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陈耀登
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基本问题、历史及展望
(2b) Model Physics Parameterization（物理参数化）
Condensation phenomena（冷凝现象） Solar radiation（太阳辐射） Long-wave radiation（长波辐射） Orographic effects（地形效应） Land-atmosphere interactions（陆-气相互作用） Ocean-atmosphere interactions（海-气相互作用） Turbulent transfer of momentum and heat（湍流输运）.
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(2c) Model Discretion
Modelling Global Climate
15°W 60°N
Vertical exchange between layers of momentum, heat and moisture
3.75°
2.5°
基本问题、历史及展望
Horizontal exchange between columns of momentum, heat and moisture
• 2000年以来,在科技部“十五”国家重点科
技攻关和“973”国家重大基础研究项目经
费支持下,中国气象局组织中国科学家自主
研究开发的多尺度通用数值天气预报系统
。
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基本问题、历史及展望
三份重要文件
1.中国气象局《气象科技创新体系建设指导 意见（2014-2020年）》2014.10.30
2.中国气象局《国家气象科技创新工程（ 2014—2020年）实施方案》2014.10.30
SP-2 神威-1
CRAY-C92 IBM-SP 神威-1 神威-1
DEC-ALPHA IBM-SP IBM-SP IBM-SP
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基本问题、历史及展望
主要数值天气预报业务体系 各系统的侧重功能
模式
预报的主要侧重点
T639L60
预报1-10天内全球大尺度环流的演变、大范围降水的
发生发展等，如高空槽脊、副热带高压，地面高、低 气压和冷、暖锋面，大范围雨带等
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Vertical exchange between layers of momentum, heat and salts by diffusion, convection and upwelling
Vertical exchange between layers by diffusion and advection
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基本问题、历史及展望
1.1 Basic Concepts of NWP
(1) What is Numerical Weather Prediction?
Numerical forecasts are generated by running computer models of the atmosphere that can simulate the evolution of the atmosphere over the next few hours or few days.
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基本问题、历史及展望
Vilhelm Bjerknes 威廉 皮叶克尼斯
• Born: 14 March 1862 in Christiania (now Oslo), Norway
• Died: 9 April 1951 in Oslo, Norway
• 挪威学派的创始人
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基本问题、历史及展望
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基本问题、历史及展望
教育部、中国气象局《关于加强气象人 才培养工作的指导意见》2015.2.3
一、优化气象相关专业和人才结构。办 好大气科学、应用气象学、大气物理与大气 环境等学科专业，加强数值天气预报、大气 探测、公共气象服务、气象防灾减灾等方向 的人才培养。
支持行业特色高校统筹招生计划增量与存 量，适度扩大大气科学类专业本科生和研究 生招生规模。
• 气象教育历久弥新 • 学科建设与人才培养面临挑战：
天气预报、数值模拟、大气化学、地球 观测、人工影响天气等方面仍有不足
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基本问题、历史及展望 1.1 Basic Concepts of NWP
(1) What is Numerical Weather Prediction? (2) What are the main components of NWP?
• 我国数值模式的资料同化能力很低！
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基本问题、历史及展望
GRAPES
• 中国气象局新一代数值天气预报系统的英 文名字为“GRAPES(Global／Regional
Assimilation and Prediction System)”—— 全球区域同化预报系统,简称“GRAPES”系 统。
基本问题、历史及展望
数值天气预报基本问题、 及展望
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基本问题、历史及展望
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Outline
0. 国内现状 1. Basic Concepts of NWP（基本问题） 2. Brief History of NWP（发展历程） 3. Operation of NWP and The Future
NWP is an initial-value problem(初值问题). The initial conditions are provided by analysis of weather observations and data assimilation.
The skill of NWP forecasts depends on accuracy of the model and the initial conditions.
分析） Accurate methods of Data Assimilation（资料同化方法）
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基本问题、历史及展望 1.2 Brief History of NWP an overview of the milestones in numerical forecasting
In 1904, the Norwegian hydrodynamist V. Bjerknes suggested that:
Vilhelm Bjerknes
挪威气象学家、物理学家、近代天气 学和大气动力学主要创始人之一，气象学 挪威学派的创始人。
1897年提出著名的环流理论（环流定 理），这是将物理学引入大气运动研究的 开端。
1904年用力学和物理学的观点，制订 了研究天气预报问题的计划。
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基本问题、历史及展望
一个重要事件
• 2015.4.20：教育部、中国气象局成立“中 国气象人才培养联盟”
• 气象领域高等院校（气象类学院）、科研 院所、企业以及国家级气象业务单位、省 （自治区、直辖市）气象局均可申请加入 联盟。
陈耀登
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基本问题、历史及展望
宇如聪：解读（2015.4.23）
The weather could be quantitatively predicted by applying the complete set of hydrodynamic and thermodynamic equations to carefully analyzed initial atmospheric states.
11.25°E Biblioteka 7.5°NOrography, vegetation and surface characteristics included at surface on each grid box
Hadley Centre for Climate Prediction and Research
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3.教育部、中国气象局《关于加强气象人才 培养工作的指导意见》2015.2.3
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基本问题、历史及展望
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基本问题、历史及展望
• 中国气象局：2014.10.30
• 《气象科技创新体系建设指导意见（2014-2020年）》《 国家气象科技创新工程（2014—2020年）实施方案》
明确的三个任务： 1.高分辨率资料同化与数值天气模式 2.气象资料质量控制及多源数据融合与再分析 3.次季节至季节气候预测和气候系统模式
conditions（从初始场开始，沿时间方向积分）. In the early NWP experiments, hand interpolations of the observations to grid
points were performed（手工插值-主观分析）. The need for an automatic “objective analysis” quickly became apparent.（客观
GRAPES-Meso 对中国区域的降水进行短期（60小时以内）预报，
如降水发生区域、降水强度、降水出现时段等
台风模式 专门针对发生在西太平洋-我国沿海的台风，进行其 中心位置、移动路径的中短期（96小时内）预报
中期T213 集合预报
对未来1-10天，特别是第5-10天期间、全球大尺度环
流和大范围降水发展演变的可能性（即概率）进行预
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基本问题、历史及展望
数值预报的应用日益广泛：
中、短期天气预报 气候数值模拟、气候预测和气候变化 中小尺度数值模拟
天气预报时间分类
0-2小时 临近预报 2-12小时 甚短期预报 12-48小时 短期预报 3-10天 中期预报 10天以上 长期预报