5G網路會讓天氣預報變得不準？

這張假彩色衛星圖顯示了美國大陸上方的水蒸氣分布。

來源：美國國家海洋和大氣管理局

美國政府已經開始拍賣下一代通信網路（即5G網路）的無線電頻段了，但其中部分頻譜與一些主要測地衛星的工作頻譜非常接近，氣象學家擔心5G信號的傳輸將會干擾他們的數據採集工作。

撰文 | Alexandra Witze

來源 | Nature自然科研（ID：Nature-Research)

如果監管機構或電信公司不採取措施降低這些干擾風險，那麼經由美國5G無線信號覆蓋區上空的測地衛星將無法準確檢測大氣中的水蒸氣濃度——美國等國的氣象學者需要這些數據作為模型參數，而參數的失效可能會影響全球的天氣預報。

威斯康星大學麥迪遜分校的氣象學家Jordan Gerth說：「這是一個全球性問題。」

目前，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）以及美國國家航空航天局（NASA）正在與掌管美國無線網路分配的聯邦通信委員會（FCC）進行非常重要的談判。NOAA和NASA希望FCC能和他們一起保護用於地球觀測的頻段不受5G信號的干擾。然而，FCC不久前剛完成首輪5G頻譜的拍賣，幾乎沒聽到什麼保護措施。拍賣會於4月17日落下帷幕，獲利近20億美元。

共享天空

鑒於美國的通信市場規模巨大，美國政府如何部署5G網路的決定可能會影響其他國家的後續監管政策。來自世界各地的監管機構將齊聚10月28日在埃及召開的會議，共同商討並確定可商用的5G頻段，以及可以接受的測地信號干擾水平。

雖然天文學家、氣象學家和其他科學家早就開始與其他用戶共享觀測頻譜，時不時也會轉到不同頻段以防干擾。但「這是有史以來第一次威脅到了我們的『掌上明珠』，我們必須不計一切代價捍衛這些頻段，」供職於歐洲中等尺度天氣預報中心的氣象學家Stephen English說。

這些極為重要的頻段包括23.8GHz（千兆赫）——大氣中的水蒸氣會在這一頻率釋放微弱的信號。歐洲MetOp探測器之類的衛星專門監測這一頻率的地球輻射能量，據此評估地球上大氣的濕度。這些測量可以不分晝夜地進行，即使有雲層也不要緊。天氣預報人員隨後再將測量數據輸入大氣模型中，預測暴風雨和其他天氣系統在接下來幾小時和幾天內的變化。

問題是，那些傳輸頻率幾乎相同的5G基站會產生與水蒸氣釋放信號非常類似的信號，從而造成混淆。Gerth對此表示：「我們無法判斷信號是否有人工成分。」如果天氣預報人員在模型中輸入這些不準確的數據，天氣預報就會變得不準。

「鄰居」好吵

近期舉行的FCC拍賣會主要涉及兩個頻段：一個是24.25-24.45 GHz，另一個是24.75-25.25 GHz。如果無線設備在這一範圍的低頻段附近進行信號傳輸，可能會干擾23.8 GHz頻段的水蒸氣測量。FCC未對《自然》的評論請求作出回復。

Gerth說，這就好比你家隔壁住了一個很吵的鄰居。如果鄰居用很大的音量放音樂，雜訊也會透過牆壁進入你的房間。但是，如果你能讓鄰居把音量調低，你就能睡得香一點。

來源： ITU

無線電頻率工程師通常以分貝瓦（decibel watt）為單位測量雜訊。監管機構會設定允許的雜訊上限，數字越負表明雜訊控制越嚴格。FCC拍賣將美國5G網路信號的雜訊上限設定在-20分貝瓦，這幾乎比所有國家正在考慮的5G雜訊都要高很多。比如，歐盟委員會將5G基站的雜訊上限設定為- 42分貝瓦，而世界氣象組織（WMO）則推薦上限為-55分貝瓦。

對於即將在埃及召開的會議，許多人士希望WMO推薦的雜訊上限能促使監管各方對標更為嚴格的全球雜訊標準。Eric Allaix表示，由於雜訊的測量標準不同，美國提案所允許的雜訊可能是歐洲提案的150多倍，更是WMO計劃的3000多倍。Eric是法國氣象局的一名氣象學家，目前領導了一個WMO無線電頻率協調指導小組。

未來隱患

假使23.8 GHz和其他至關重要的地球觀測頻段的干擾越來越多，天氣預報到底會受到多大影響呢？Gerth說這方面的研究目前相對較少。「但失去的頻段越多，後果也越嚴重，」他說。

據悉，NOAA和NASA已經完成了對不同雜訊干擾水平所產生影響的研究。在美國國會可能不止一次的正式要求下，該研究至今尚未公諸於眾。2010年，一份來自美國國家科學院、工程院和醫學院的報告得出了如下結論，如果科學家們無法獲得23.8 GHz頻段傳輸的信號，就會失去30%的微波頻率數據，而這些有用數據對全球天氣預報來說可謂非常重要。

English表示，如果缺失美國的大氣數據，歐洲的天氣預報也會受到嚴重影響，因為歐洲的天氣模式往往取決於之前3-4天美國的天氣情況。

NOAA隸屬的美國商務部表示「將堅定支持美國政府鞏固其5G領導地位的相關政策，同時持續推進政府和科研層面的重大項目」。NASA局長Jim Bridenstine拒絕發表評論，但在4月初的一次機構會議上詳述了自己對5G的擔憂。Bridenstine當時說：「這個問題事關重大。」

FCC的下一輪5G拍賣計劃於12月啟動，這也將是美國史上最大規模的一次拍賣。新一輪拍賣將增加三個頻段帶——包括用來觀測降水、海冰和雲層的衛星工作頻段。

原文以Global 5G wireless networks threaten weather forecasts為標題

發布在2019年4月26日《自然》新聞上

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《萬物》雜誌2019年5月刊現已上市

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