安裝在衛(wèi)星上的儀器設(shè)備可測(cè)量大氣中的水蒸氣含量。這些信息對(duì)做出準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)至關(guān)重要。不同的儀器使用不同“波段”的電磁波譜測(cè)量水蒸氣。在本圖中，GOES-16衛(wèi)星上的儀器可測(cè)量水蒸氣的紅外信號(hào)。
供圖：NOAA，NESDIS CENTER FOR SATELLITE APPLICATIONS AND RESEARCH
2012年，颶風(fēng)桑迪襲擊美國(guó)東海岸。那次颶風(fēng)橫掃紐約地區(qū)，在當(dāng)?shù)赝Ａ袅藬?shù)天，帶來(lái)的暴雨造成100多人死亡，淹沒(méi)了整個(gè)社區(qū)，摧毀了當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施。
幾乎可以肯定的是，如果沒(méi)有科學(xué)家對(duì)桑迪路徑的詳細(xì)、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，損失會(huì)更大。在桑迪登陸之前，科學(xué)家們就已經(jīng)能向應(yīng)急管理人員提供其相關(guān)信息。
在過(guò)去的幾十年里，氣象科學(xué)取得了很大的進(jìn)展。安裝在衛(wèi)星上的各種儀器可通過(guò)大氣層搜集地球表面的大量數(shù)據(jù)，隨著氣象科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家從中提取的信息越來(lái)越多，最終獲得了越來(lái)越復(fù)雜、影響深遠(yuǎn)和準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
不過(guò)，科學(xué)家們警告說(shuō)，我們已經(jīng)習(xí)慣的預(yù)測(cè)精度可能會(huì)受到威脅。人類(lèi)預(yù)測(cè)未來(lái)天氣的能力可能會(huì)倒退40年，一個(gè)關(guān)鍵的預(yù)測(cè)工具可能會(huì)嚴(yán)重退化。
5G互聯(lián)網(wǎng)等電信技術(shù)需要電磁波譜上的空間，即包括微波、紅外線(xiàn)和紫外線(xiàn)、伽馬射線(xiàn)和x射線(xiàn)在內(nèi)的各種類(lèi)型的電磁輻射。如今，這種空間已經(jīng)很稀缺了。而提供給復(fù)雜天氣模型的大部分信息，都來(lái)自與電信公司希望用于新技術(shù)的領(lǐng)域相近的頻譜部分。
威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的大氣科學(xué)家Jordan Gerth解釋說(shuō)：“這有點(diǎn)像一座住著各種各樣的人的公寓樓。大家都認(rèn)為，每個(gè)人都應(yīng)該保持相對(duì)安靜。在光譜領(lǐng)域，我們有氣象應(yīng)用，科學(xué)應(yīng)用，以及那些需要非常安靜的環(huán)境和鄰近環(huán)境的應(yīng)用。但電信信號(hào)通常都很吵，而且也容易泄露到外部空間?！?/p>
“這就像運(yùn)營(yíng)一家臨近體育酒吧的日托所，小朋友們都想午睡。日托所和酒吧之間可能存在一堵墻，但你還是會(huì)聽(tīng)到傳過(guò)來(lái)的噪音。”
在過(guò)去一個(gè)月，各國(guó)和貿(mào)易團(tuán)體的代表齊聚世界無(wú)線(xiàn)通信會(huì)議，商討如何嚴(yán)格保護(hù)對(duì)天氣預(yù)報(bào)至關(guān)重要的電磁波譜“頻段”的國(guó)際規(guī)則。換句話(huà)說(shuō)，代表們?cè)试S午睡房間里能聽(tīng)到體育酒吧里傳來(lái)的多少噪音。
最后，他們做出了一個(gè)決定。包括美國(guó)宇航局（NASA）局長(zhǎng)Jim Bridenstine在內(nèi)一些科學(xué)家認(rèn)為，該決定可能會(huì)降低天氣預(yù)測(cè)的準(zhǔn)度，或許無(wú)法挽回。
利益攸關(guān)
麻省理工學(xué)院的大氣科學(xué)家、工程師William Blackwell說(shuō)，其中一個(gè)關(guān)鍵的頻段大約是23.8 GHz。水蒸氣會(huì)吸收這個(gè)微波頻段，留下一個(gè)微弱的信號(hào)，然后被衛(wèi)星上監(jiān)測(cè)微波頻段的儀器讀取。現(xiàn)在的問(wèn)題是，電信公司對(duì)利用水汽信號(hào)附近的部分頻譜很感興趣。
電磁波譜就像河里的水：數(shù)量都是一定的。有些水是保持棲息地健康所必需的，就像有些光譜是進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)所必需的一樣。不過(guò)，剩下的大部分頻譜都已經(jīng)分配給了各種不同類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)通信——GPS、無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航、衛(wèi)星控制、通訊等等。因此，人類(lèi)對(duì)剩余電磁波譜的需求正在不斷增長(zhǎng)。
華盛頓大學(xué)的大氣科學(xué)家Tom Ackerman說(shuō)：“我們之所以會(huì)陷入這場(chǎng)拉鋸戰(zhàn)，都是因?yàn)檫@些手機(jī)，就像我現(xiàn)在拿著的那部一樣?！?/p>
過(guò)去，用于通訊的電磁波譜距離用于天氣和氣候科學(xué)工作的頻段非常遠(yuǎn)。
Ackerman說(shuō)：“但是我們的頻譜資源已經(jīng)所剩無(wú)幾了。以前，我們可以很好地共存，但現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有共存的余地了。”
今年早些時(shí)候，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)拍賣(mài)了緊挨著23.8 GHz水蒸汽頻段的部分微波頻段?？释M(jìn)入新頻段的公司出價(jià)超過(guò)20億美元。
然而，在此次拍賣(mài)之前，NASA局長(zhǎng)Jim Bridenstine警告稱(chēng)，干擾（即大5G信號(hào)“泄漏”到23.8GHz頻段微弱的水蒸氣信號(hào)中）可能會(huì)將天氣預(yù)測(cè)質(zhì)量降低到上世紀(jì)70年代中期微波探測(cè)儀時(shí)代之前的水平。
大約在同一時(shí)間，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的代理副局長(zhǎng)Neil Jacobs對(duì)一個(gè)國(guó)會(huì)委員會(huì)說(shuō)，接近23.8 GHz波段的電信活動(dòng)可使天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性降低30%，并可能導(dǎo)致颶風(fēng)預(yù)報(bào)的提前時(shí)間減少2-3天。
他們和其他科學(xué)家要求嚴(yán)格限制隔壁釋放的“噪音”——就像世界氣象協(xié)會(huì)建議的那樣，將噪音上限限制在-42分貝瓦（更小的負(fù)數(shù)意味著更嚴(yán)格的限制）。不過(guò)，聯(lián)邦通信委員會(huì)決定使用-20分貝瓦的限制。
在本月舉行的世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì)上，與會(huì)人員做出的決定介于兩者之間。決策者們決定，在2027年之前，信號(hào)噪音的上限為-33分貝瓦；到2027年，信號(hào)噪音的上限將略微增大至-39分貝瓦。
Gerth說(shuō)，這要優(yōu)于聯(lián)邦通信委員會(huì)的提議，但還遠(yuǎn)不夠理想。“這個(gè)問(wèn)題不會(huì)消失，”他說(shuō)。
美國(guó)無(wú)線(xiàn)行業(yè)的主要貿(mào)易集團(tuán)移動(dòng)電信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)不同意上述看法。該協(xié)會(huì)的執(zhí)行副總裁Brad Gillen在一篇博文中寫(xiě)道，NOAA和NASA的分析基于錯(cuò)誤的微波探測(cè)儀，如果使用更現(xiàn)代的探測(cè)儀，問(wèn)題就會(huì)消失。不過(guò)，NOAA、NASA以及美國(guó)海軍都不同意。
NOAA與NASA對(duì)這一特殊問(wèn)題的分析方法尚未公開(kāi)，因此非政府的氣象科學(xué)家仍無(wú)法直接審查上述主張。
衛(wèi)星時(shí)代改變了天氣預(yù)報(bào)
一個(gè)世紀(jì)以前，全世界最好的天氣預(yù)報(bào)大多是基于經(jīng)驗(yàn)的猜測(cè)。云型和風(fēng)可為未來(lái)幾個(gè)小時(shí)內(nèi)大氣的變化提供線(xiàn)索，但也僅此而已。今天，科學(xué)家們可以展望一個(gè)多星期以后的未來(lái)，并對(duì)即將出現(xiàn)的天氣做出可靠的預(yù)測(cè)：雨、雪、陽(yáng)光或者颶風(fēng)。
到了20世紀(jì)70年代，科學(xué)家們已經(jīng)構(gòu)建了我們今天所知的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的基本框架。他們開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)模型來(lái)描述控制大氣中空氣流動(dòng)方式的復(fù)雜物理學(xué)。他們對(duì)其中涉及的物理學(xué)的細(xì)節(jié)研究得越是深入，預(yù)測(cè)結(jié)果就越準(zhǔn)確。
不過(guò)，他們發(fā)現(xiàn)大氣是一個(gè)變幻無(wú)常的怪物。為了預(yù)測(cè)未來(lái)的天氣，他們需要準(zhǔn)確地知道現(xiàn)在的天氣狀況，他們發(fā)現(xiàn)：只有他們對(duì)事物的起源有準(zhǔn)確的理解時(shí)，物理學(xué)才會(huì)起作用。
全世界的科學(xué)家和工程師都認(rèn)識(shí)到，關(guān)鍵在于獲取有關(guān)當(dāng)前大氣狀態(tài)的最佳數(shù)據(jù)。他們認(rèn)為，這將會(huì)幫助他們對(duì)未來(lái)天氣做出最佳預(yù)測(cè)。
科學(xué)家們花費(fèi)了更多的精力開(kāi)發(fā)可精確標(biāo)示整個(gè)大氣三維空間的工具，諸如從地表到平流層的空氣的溫度；大氣層低層到高層、從芝加哥、雅加達(dá)到海洋上空的水蒸氣含量。
其中一個(gè)重要的進(jìn)展是精確地計(jì)算出水蒸氣的含量和位置。為了做到這一點(diǎn)，科學(xué)家們依靠的是這樣一個(gè)事實(shí)：水蒸氣會(huì)吸收不同頻率的電磁輻射。
隨著衛(wèi)星觀測(cè)質(zhì)量的提升，天氣預(yù)報(bào)的精度和準(zhǔn)確性也提高了。如今，未來(lái)5天的天氣預(yù)報(bào)和上世紀(jì)80年代早期的一天天氣預(yù)報(bào)一樣準(zhǔn)確。
最近，科學(xué)家開(kāi)始使用從安裝在環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星上的微波測(cè)深儀進(jìn)行觀測(cè)，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)天氣預(yù)測(cè)人員來(lái)說(shuō)更具價(jià)值。在過(guò)去十年中，歐洲中程天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF，被認(rèn)為是世界上最重要的天氣預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)）的研究表明，微波頻率數(shù)據(jù)在短期天氣預(yù)報(bào)中起著關(guān)鍵作用，為天氣預(yù)報(bào)模型提供了大約20%的關(guān)鍵信息。
安裝在NOAA聯(lián)合極地衛(wèi)星系統(tǒng)和歐洲氣象業(yè)務(wù)衛(wèi)星等衛(wèi)星上的微波探測(cè)儀，能夠探測(cè)到衛(wèi)星每次從地球上空經(jīng)過(guò)時(shí)來(lái)自大氣的微波輻射量。它們可通過(guò)觀察一組不同頻段的輻射來(lái)判斷水蒸氣的含量，其中一個(gè)波段頻率為23.8 GHz。然而，這個(gè)波段的水蒸氣信號(hào)很弱，就像一條小溪。微波測(cè)深儀現(xiàn)在很擅長(zhǎng)測(cè)量這一微弱的信號(hào)。
即使用于天氣預(yù)報(bào)的電磁波譜得到根本的保護(hù)，還有更多對(duì)天氣預(yù)報(bào)至關(guān)重要的波段也面臨著類(lèi)似的侵蝕威脅，但麻省理工學(xué)院的Blackwell并不相信這些波段會(huì)得到保護(hù)。
“電磁波譜的其他波段也面臨同樣的問(wèn)題。5G頻譜正不斷侵蝕這些波段，向這個(gè)神圣的電磁波譜領(lǐng)域靠近。這將是個(gè)問(wèn)題?！彼f(shuō)。
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