5G移动通信是否干扰天气预报?

分享到:

在“萨宾娜”飓风到来之前,我们及时得到了准确的预报。但是引入5G技术之后,气象学家可能会遇到麻烦。电话频率将对气象卫星产生干扰。
    
                 33333
 
                           水蒸气是暴风雨的无形燃料,识别它并不容易
 
如今天气预报比以往任何时候都更加准确。这主要是由于地球观测卫星在全球范围内收集了大量与天气有关的各种准确数据。之后这些数据被输入计算机的天气预报模拟程序进行汇总筛选。
 
众多数据中包括大气中的水蒸气含量,也就是蒸发的气态水。这种水是看不见的,只有在其冷却凝结后,才会形成云层和降雨。欧洲航天局(ESA)和美国国家航天局(NASA)的卫星便担负着气候检测的任务。
 
对气象学家来说,让水蒸气变得肉眼可见非常重要。只有获得了准确的数据,才能更精确地预测龙卷风、飓风、台风或暴风雨登陆的时间和地点。但是,如果不知道水蒸气的具体数据,预报有可能会发生相距数百公裡的误差。做出的预警时间也可能是错误的,给人类带来危险。
 
水蒸气分子的自身辐射
 
气象卫星使用无源传感器测量大气中的水蒸气。23.6至24 GHz频谱范围内的极弱微波信号提供着最重要的信息。
 
波恩大学通用和实验气象学系的希莫尔( Clemens Simmer)教授说,"辐射产生于水分子转速的极其微小的变化。""这条水汽吸收线的中心位于22.235 GHz。其他气体和云对该区域几乎没有影响。因此,我们仅在那里测量水蒸气。这种辐射就如同炉灶散发热量。我们要测量的只是1厘米波长范围内的辐射。"
 
进入频率范围 
 
问题是,2019年在沙姆沙伊赫举行的国际电信联盟(ITU)世界大会上宣布,新的5G网络的传输范围应为24.25至27.5 GHz。这意味着只有0.25 GHz的带宽能够将移动无线电区域与对气象学家非常重要的水蒸气频谱区隔离开来。因此,移动通信天线和终端设备几乎不可避免地会干扰气象学家的工作。
希莫尔教授警告说:"在24GHz频段内,设备发出的辐射不会停止,因为每个具有一定带宽的发射器都在发射信号。""带宽无法避免,所以总在这一领域进行干扰。"
 
此外,水蒸气凝结的辐射频段非常微弱。希莫尔教授解释说:"水蒸气分子中的能量变化非常低,本来就很难捕捉,因为即使最小的一点杂质也会干扰信号。""因此,对于低于24 GHz频段的发射器的频谱设定极限值应该非常低。"
 
                        222222
                        希莫尔教授担心采用了5G技术后,某些区域对卫星来说成为盲区
 
发射机小 作用大
 
当今气象卫星上的微波传感器的区域分辨率大约达到10至30公裡。临界频率范围内,只要有一个固定的移动电信天线或一部移动电话都有可能使相应区域的卫星测量变得毫无价值。
最初是城市中心和居民住宅区的卫星接收信号尤其受到影响。但是由于5G将能够支持自动驾驶,因而远离城市的道路和高速公路也将很快受到影响。希莫尔说:"我们有很多船和飞机肯定会使用5G。因此,我们在全世界都会遇到这些干扰。"
 
争夺频谱的战斗
 
现在,为气象学家保留的频率区域不断受到第三方的"入侵"。比如在频率1.4 GHz附近的L波段。欧洲航天局(ESA)的SMOS地球观测卫星便在那里测量大陆上的土壤湿度和海面的含盐度。
希莫尔教授说:"土壤湿度越大,散发的能量就越少。这是我们可以进行测量的,而且这种测量已用于天气预报。"希莫尔说:"目前为了过滤数据,确定哪些是干扰哪些是测量信号,为此所使用的预处理计算方法非常复杂,其间会导致一些数据丢失。"
 
进入市场便无后路5G
 
为了至少减少对气象卫星的一些干扰,世界气象组织(WMO)要求发射器的功率进行限制。例如,相邻频带区域发射器的发射功率最高不得超过-55 dBW(分贝瓦特),终端的发射功率应为-51dBW,相当于发射功率不到10微瓦。
 
但是,2019年在埃及沙姆沙伊赫举行的世界无线通信大会上,谈判人员无视气象学家的这些严格要求,决定先将发射功率限定在-33 dBW,也就是相当于1毫瓦的发射功率。到2027年再开始实行更严格的规定,将发射机的发射功率设定为-39 dBW,终端设备为-35 dBW。
 
希莫尔教授警告说,这对气象学家来说可能为时已晚。尤其是在5G引入的关键阶段,现在便可以预见,不够符合标准的发射设备将充斥全球市场。他说:"我不知道是否还能够让车轮倒转。"
 
气候测量系列面临风险
 
波恩大学的通用和实验气象学教授希莫尔担心,电信运营商、气象学家和当局之间的争议还远远没有结束。他表示:"下一步是在30s GHz的高频率区域做点什么。这是我们可以很好的确定云层水量的唯一区域。"
 
即使是对这一区域,无线电和电信开发商也早已虎视眈眈。一旦它们闯入,气象学家的工作将更加困难。因为要在这样的频率范围内保障良好的传输信号,就需要更多的设备。希莫尔教授说:"频率越高,大气层的渗透性就越差。因此必须拥有更密集的发射和接收器网络。"
 
这些频率范围已经为天气观测保留了三十到四十年的时间。如果气象学家们在引入5G的斗争中失败了,那么今后还有更高的区域可能会面临"失守"。
 
现在世界气象组织尚未放弃其抗争。它正在和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)一起,继续为制造商制定更严格的规则和要求而努力。
继续阅读
5G移动通信是否干扰天气预报?

如今天气预报比以往任何时候都更加准确。这主要是由于地球观测卫星在全球范围内收集了大量与天气有关的各种准确数据。之后这些数据被输入计算机的天气预报模拟程序进行汇总筛选。众多数据中包括大气中的水蒸气含量,也就是蒸发的气态水。这种水是看不见的,只有在其冷却凝结后,才会形成云层和降雨。欧洲航天局(ESA)和美国国家航天局(NASA)的卫星便担负着气候检测的任务。