5G的发展会让天气预报失灵吗？

（神秘的地球uux.cn报道）据美国国家地理（撰文：ALEJANDRA BORUNDA 编译：蔡雅铃）：从水气的模糊讯号就能推出超级正确的天气预报──但科学家警告，如果不小心的话，5G可能会盖过部分的水气讯号。

2012年飓风珊迪（Hurricane Sandy）快速地袭向美国东岸，长驱直入纽约地区，还在那里停留了好几天，降下的豪雨造成超过100人死亡，淹没了整个小区，催毁了当地的基础设施。

如果不是有详细与准确的预报提供飓风的前进路径讯息，让科学家能在飓风登陆前提早告知紧急管理人员，这次风灾的破坏程度几乎肯定会更糟。

气象科学在过去数十年来愈来愈进步，已经能透过收集地球表面或大气中的数据，从在空中环绕的卫星上装设的仪器取得更多信息，进而做出更精细、广泛和正确的天气预报。

不过科学家警告，我们逐渐习惯的预报准确度可能将受到威胁。 我们充满自信的天气预测能力也许会倒退40年，而且一项关键的预测工具或许会严重退化。

如5G网络等的电信科技，需要在电磁频谱上挪出一个空间使用。 电磁频谱包括所有种类的电磁辐射，如微波、红外光和紫外光、迦玛和X射线等。 如今电磁频谱上的可用空间稀少而珍贵，而电信公司为了5G而使用的频谱区段，就紧邻于提供许多信息给精细气候模型的频谱区段。

「它就像是一栋不怎么样的公寓建筑。 」威斯康辛大学麦迪逊分校（University of Wisconsin, Madison）的大气科学家乔登． 葛斯（Jordan Gerth）解释说。 「人们普遍期望大家能保持相对安静。 在这个频谱空间中，我们既要用在气象上，又要用在科学上，这些都需要一个非常安静的空间，周遭环境也要安静。 不过电信讯号通常都非常大声，而且很容易从自己的隔间外泄出去。 」

「这就像是经营一间托儿所，里面的小孩想要睡午觉，不过它的隔壁却是一间运动酒吧。 二者中间或许会有面墙，但噪音还是会透进来。 」

在11月，各国和各商业团体的委任代表聚集在世界无线通信研讨会（World Radiocommunications Conference）中，讨论如何订下严格保护电磁频谱上对天气预报极其重要的「 频段」的国际规范──也就是说，能允许多少运动酒吧的噪音透到午睡的房间。

最后他们所达成的决定，却让包括美国航天总署（NASA）署长吉姆． 布莱登史坦（Jim Bridenstine）的某些科学家认为，可能会以一种危险方式降低预报的质量，而且也许无法挽回。

麻省理工大学的大气科学家与工程师威廉． 布莱克威尔（William Blackwell）说，其中一个最重要的频段，就是23.8 GHz（千兆赫）。 水气会吸收这个频段的微波，过程中留下来的微弱讯号，会被卫星上用来观察这个频段的仪器侦测到。 现在的问题是电信公司有兴趣使用紧邻这段讯号的频谱。

电磁频谱就像是河流里的水：就只有这么多。 一部分的水必须用来让栖地保持健康，就像一部分频谱必须用来做天气预报。 不过其他大部分的频谱已经被分派给各式各样的无线通信──GPS、无线电导航、卫星管控、电信通讯等等。 对于剩余频段的需求自然日益增加。

「我们会卷入这场竞争的理由，就是因为所有这些手机，就像我手上拿的这只。 」华盛顿大学（University of Washington.）的大气科学家汤姆． 艾克曼（Tom Ackerman）说。

在过去，通讯使用的频段和天气和气候科学运用的频段总是离得很远。

「不过现在频谱快要用完了，」艾克曼说：「以前我们可以共存良好，不过现在这个沙盒（sandbox）满了。 」

今年稍早的时候，美国联邦通讯委员会（Federal Communications Commission，FCC）拍卖掉微波频谱上紧邻23.8GHz的部分频段。 急于取得新频段的各家公司出价金额超过20亿美金。

然而，在拍卖开始前，NASA署长吉姆． 布莱登史坦警告说这些干扰──也就是5G讯号「漏」到23.8GHz频段中微弱水气讯号的部分──会将预报质量降低到从1970年代中期开启微波探测时代后就没见过的水平。

差不多在同一时间，美国国家海洋及大气总署（NOAA）的代理主席尼尔． 贾可布（Neil Jacobs）在一个国会委员会会议上说，邻近那个频段的电信活动会让预报准确度下降30%，还可能造成对飓风的提前预报晚两到三天。

他们和其他科学家都要求严格限制电信这个邻居能发出「多大声音」──要求如世界气象组织（World Meteorological Association）所建议的-42瓦分贝（decibel watts）的干扰极限（愈大的负数代表限制愈强）。 然而FCC却决定使用-20瓦分贝这个干扰极限值。

在11月举行的全球无线电通讯研讨会上所做出的决定，则落在这二者之间。 那些决策者最后定下来的干扰值，可能是-33瓦分贝，直到2027年，2027年后再稍微加强限制到-39瓦分贝。

这比FCC所提议的数值更好，葛斯说，不过还是离理想很远。 「这个问题不会消失的。 」他说。

美国无线产业的主要贸易团体，行动通讯暨因特网协会（Cellular Telecommunications and Internet Association，CTIA）并不同意这个决定。 他们的执行副总布莱德． 吉伦（Brad Gillen）在部落格上的贴文写说，NOAA和NASA的分析所根据的是错误的微波测深结果，而且如果考虑使用更现代的仪器，问题就会消失。 不过NOAA、NASA和海军都不同意。

NOAA和NASA内部对这个特别议题的分析研究还未公开，所以非政府组织的气候科学家现在还无法直接调查这些说法。

100年前，世界上最好的天气预报顶多就是见多识广后的猜测。 云的样子和风吹的感觉或许能提供天气在未来几小时内可能转变的暗示，不过要预测到更久之后就不可能了。 如今科学家能预测到超过一星期后的未来天气，并做出关于降雨、下雪、出太阳或飓风的可信预报。

到1970年代，科学家已经建立了如今所见的天气预报系统的架构。 他们已经开发出了计算机模型，描述控制空气在大气内如何流动的复杂物理。 牠们在模型上对物理的细节愈讲究，得到的预报就愈好。

然而科学家在了解的过程中发现，大气有如一只善变的猛兽，要预测未来的天气会发生什么事，就需要完全了解当前的天气状况。 他们发现：物理定律只有在他们对事情的开端有非常完善的了解时才有用。

世界各地的科学家和工程师体认到，这个竞赛就是要尽可能取得关于目前大气状态的最好数据，如此一来才能对未来做出最好的预测。

于是科学家愈来愈将精力投在开发仪器来精准绘制整个三维空间的大气，例如从地面到平流层（stratosphere）之间的空气究竟有多温暖，以及和较高层的大气相比，有多少水气在低层大气快速流动，不论研究地点是芝加哥、 雅加达或海洋正中央。

其中一项最重要的发展是精确找出了水气的含量及地点。 要做到这点，科学家依赖的是水气会吸收数个不同频率的电磁辐射的现象。

随着卫星观测的进步，天气预测的精准度也改善了。 现在对五天天气变化的预测，和1980年代早期只预测一天一样准确。

最近，装在环绕地球的不同卫星上，一种被称为微波测深仪（microwave sounders）的仪器所做出的观测，对预报人员而言也变得更有价值了。 过去十年间，在欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium-Range Weather Forecasting，ECMWF，被认为是世界最重要的天气预报机构）所做的研究显示， 微波频率数据在短期天气预测中扮演关键角色，在预报模型所需要的重要信息中，它提供了约20%。

NOAA的联合极地卫星系统（Joint Polar Satellite System）和欧洲气象运转卫星（European Meteorological Operational，MetOp）等卫星上装设的微波测深仪， 会在每次从空中经过时侦测到大气中的微波辐射量

它们可以藉由观察一系列不同频段的放射量，分辨出现在有多少水气。 这些频段中的其中一个就是23.8GHz。 虽然这个频段的水气讯号很微弱，就像是涓流小溪；但微波测深仪如今很擅长测出那种模糊的讯号。

就算天气预报使用的频谱部分受到严密的保护（麻省理工的布莱克威尔对此并不相信），还有很多对天气预报很重要的频段，也同样因为类似的侵占而受到威胁。

「同样的事情也发生在频谱的其他部分，」他说：「5G的频谱紧贴着那些频段──紧贴着这些频谱中的神圣领域。 这样一定会出问题的。 」