原文作者：Alexandra Witze

美國政府已經(jīng)開始拍賣下一代通信網(wǎng)絡(luò)（即5G網(wǎng)絡(luò)）的無線電頻段了，但其中部分頻譜與一些主要測地衛(wèi)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(shù)據(jù)采集工作。

這張假彩色衛(wèi)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 

如果監(jiān)管機構(gòu)或電信公司不采取措施降低這些干擾風險，那么經(jīng)由美國5G無線信號覆蓋區(qū)上空的測地衛(wèi)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(shù)據(jù)作為模型參數(shù)，而參數(shù)的失效可能會影響全球的天氣預(yù)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?！?/p>

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(wǎng)絡(luò)分配的聯(lián)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于地球觀測的頻段不受5G信號的干擾。然而，F(xiàn)CC不久前剛完成首輪5G頻譜的拍賣，幾乎沒聽到什么保護措施。拍賣會于4月17日落下帷幕，獲利近20億美元。

共享天空

鑒于美國的通信市場規(guī)模巨大，美國政府如何部署5G網(wǎng)絡(luò)的決定可能會影響其他國家的后續(xù)監(jiān)管政策。來自世界各地的監(jiān)管機構(gòu)將齊聚10月28日在埃及召開的會議，共同商討并確定可商用的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(zhuǎn)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(wèi)這些頻段，”供職于歐洲中等尺度天氣預(yù)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(wèi)星專門監(jiān)測這一頻率的地球輻射能量，據(jù)此評估地球上大氣的濕度。這些測量可以不分晝夜地進行，即使有云層也不要緊。天氣預(yù)報人員隨后再將測量數(shù)據(jù)輸入大氣模型中，預(yù)測暴風雨和其他天氣系統(tǒng)在接下來幾小時和幾天內(nèi)的變化。

問題是，那些傳輸頻率幾乎相同的5G基站會產(chǎn)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?！比绻鞖忸A(yù)報人員在模型中輸入這些不準確的數(shù)據(jù)，天氣預(yù)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(shè)備在這一范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，噪聲也會透過墻壁進入你的房間。但是，如果你能讓鄰居把音量調(diào)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）為單位測量噪聲。監(jiān)管機構(gòu)會設(shè)定允許的噪聲上限，數(shù)字越負表明噪聲控制越嚴格。FCC拍賣將美國5G網(wǎng)絡(luò)信號的噪聲上限設(shè)定在-20分貝瓦，這幾乎比所有國家正在考慮的5G噪聲都要高很多。比如，歐盟委員會將5G基站的噪聲上限設(shè)定為- 42分貝瓦，而世界氣象組織（WMO）則推薦上限為-55分貝瓦。

對于即將在埃及召開的會議，許多人士希望WMO推薦的噪聲上限能促使監(jiān)管各方對標更為嚴格的全球噪聲標準。Eric Allaix表示，由于噪聲的測量標準不同，美國提案所允許的噪聲可能是歐洲提案的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(lǐng)導了一個WMO無線電頻率協(xié)調(diào)指導小組。

未來隱患

假使23.8 GHz和其他至關(guān)重要的地球觀測頻段的干擾越來越多，天氣預(yù)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?！暗サ念l段越多，后果也越嚴重，”他說。

據(jù)悉，NOAA和NASA已經(jīng)完成了對不同噪聲干擾水平所產(chǎn)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于眾。2010年，一份來自美國國家科學院、工程院和醫(yī)學院的報告得出了如下結(jié)論，如果科學家們無法獲得23.8 GHz頻段傳輸?shù)男盘枺蜁?0%的微波頻率數(shù)據(jù)，而這些有用數(shù)據(jù)對全球天氣預(yù)報來說可謂非常重要。

English表示，如果缺失美國的大氣數(shù)據(jù)，歐洲的天氣預(yù)報也會受到嚴重影響，因為歐洲的天氣模式往往取決于之前3-4天美國的天氣情況。

NOAA隸屬的美國商務(wù)部表示“將堅定支持美國政府鞏固其5G領(lǐng)導地位的相關(guān)政策，同時持續(xù)推進政府和科研層面的重大項目”。NASA局長Jim Bridenstine拒絕發(fā)表評論，但在4月初的一次機構(gòu)會議上詳述了自己對5G的擔憂。Bridenstine當時說：“這個問題事關(guān)重大。”

FCC的下一輪5G拍賣計劃于12月啟動，這也將是美國史上最大規(guī)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、海冰和云層的衛(wèi)星工作頻段。

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

發(fā)布在2019年4月26日《自然》新聞上

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