全球5G无线网络会让天气预报不准吗？

原文作者：Alexandra Witze

下一代移动技术可能会干扰测地卫星的重要观测。

美国政府已经开始拍卖下一代通信网络（即5G网络）的无线电频段了，但其中部分频谱与一些主要测地卫星的工作频谱非常接近，气象学家担心5G信号的传输将会干扰他们的数据采集工作。

这张假彩色卫星图显示了美国大陆上方的水蒸气分布。

来源：美国国家海洋和大气管理局 

如果监管机构或电信公司不采取措施降低这些干扰风险，那么经由美国5G无线信号覆盖区上空的测地卫星将无法准确检测大气中的水蒸气浓度——美国等国的气象学者需要这些数据作为模型参数，而参数的失效可能会影响全球的天气预报。

威斯康星大学麦迪逊分校的气象学家Jordan Gerth说：“这是一个全球性问题。”

目前，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）以及美国国家航空航天局（NASA）正在与掌管美国无线网络分配的联邦通信委员会（FCC）进行非常重要的谈判。NOAA和NASA希望FCC能和他们一起保护用于地球观测的频段不受5G信号的干扰。然而，FCC不久前刚完成首轮5G频谱的拍卖，几乎没听到什么保护措施。拍卖会于4月17日落下帷幕，获利近20亿美元。

共享天空

鉴于美国的通信市场规模巨大，美国政府如何部署5G网络的决定可能会影响其他国家的后续监管政策。来自世界各地的监管机构将齐聚10月28日在埃及召开的会议，共同商讨并确定可商用的5G频段，以及可以接受的测地信号干扰水平。

虽然天文学家、气象学家和其他科学家早就开始与其他用户共享观测频谱，时不时也会转到不同频段以防干扰。但“这是有史以来第一次威胁到了我们的‘掌上明珠’，我们必须不计一切代价捍卫这些频段，”供职于欧洲中等尺度天气预报中心的气象学家Stephen English说。

这些极为重要的频段包括23.8GHz（千兆赫）——大气中的水蒸气会在这一频率释放微弱的信号。欧洲MetOp探测器之类的卫星专门监测这一频率的地球辐射能量，据此评估地球上大气的湿度。这些测量可以不分昼夜地进行，即使有云层也不要紧。天气预报人员随后再将测量数据输入大气模型中，预测暴风雨和其他天气系统在接下来几小时和几天内的变化。

问题是，那些传输频率几乎相同的5G基站会产生与水蒸气释放信号非常类似的信号，从而造成混淆。Gerth对此表示：“我们无法判断信号是否有人工成分。”如果天气预报人员在模型中输入这些不准确的数据，天气预报就会变得不准。

“邻居”好吵

近期举行的FCC拍卖会主要涉及两个频段：一个是24.25-24.45 GHz，另一个是24.75-25.25 GHz。如果无线设备在这一范围的低频段附近进行信号传输，可能会干扰23.8 GHz频段的水蒸气测量。FCC未对《自然》的评论请求作出回复。

Gerth说，这就好比你家隔壁住了一个很吵的邻居。如果邻居用很大的音量放音乐，噪声也会透过墙壁进入你的房间。但是，如果你能让邻居把音量调低，你就能睡得香一点。

来源： ITU 

无线电频率工程师通常以分贝瓦（decibel watt）为单位测量噪声。监管机构会设定允许的噪声上限，数字越负表明噪声控制越严格。FCC拍卖将美国5G网络信号的噪声上限设定在-20分贝瓦，这几乎比所有国家正在考虑的5G噪声都要高很多。比如，欧盟委员会将5G基站的噪声上限设定为- 42分贝瓦，而世界气象组织（WMO）则推荐上限为-55分贝瓦。

对于即将在埃及召开的会议，许多人士希望WMO推荐的噪声上限能促使监管各方对标更为严格的全球噪声标准。Eric Allaix表示，由于噪声的测量标准不同，美国提案所允许的噪声可能是欧洲提案的150多倍，更是WMO计划的3000多倍。Eric是法国气象局的一名气象学家，目前领导了一个WMO无线电频率协调指导小组。

未来隐患

假使23.8 GHz和其他至关重要的地球观测频段的干扰越来越多，天气预报到底会受到多大影响呢？Gerth说这方面的研究目前相对较少。“但失去的频段越多，后果也越严重，”他说。

据悉，NOAA和NASA已经完成了对不同噪声干扰水平所产生影响的研究。在美国国会可能不止一次的正式要求下，该研究至今尚未公诸于众。2010年，一份来自美国国家科学院、工程院和医学院的报告得出了如下结论，如果科学家们无法获得23.8 GHz频段传输的信号，就会失去30%的微波频率数据，而这些有用数据对全球天气预报来说可谓非常重要。

English表示，如果缺失美国的大气数据，欧洲的天气预报也会受到严重影响，因为欧洲的天气模式往往取决于之前3-4天美国的天气情况。

NOAA隶属的美国商务部表示“将坚定支持美国政府巩固其5G领导地位的相关政策，同时持续推进政府和科研层面的重大项目”。NASA局长Jim Bridenstine拒绝发表评论，但在4月初的一次机构会议上详述了自己对5G的担忧。Bridenstine当时说：“这个问题事关重大。”

FCC的下一轮5G拍卖计划于12月启动，这也将是美国史上最大规模的一次拍卖。新一轮拍卖将增加三个频段带——包括用来观测降水、海冰和云层的卫星工作频段。

原文以Global 5G wireless networks threaten weather forecasts为标题

发布在2019年4月26日《自然》新闻上

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Nature|doi:10.1038/d41586-019-01305-4

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