安裝在衛(wèi)星上的儀器設備可測量大氣中的水蒸氣含量。這些信息對做出準確的天氣預報至關重要。不同的儀器使用不同“波段”的電磁波譜測量水蒸氣。在本圖中，GOES-16衛(wèi)星上的儀器可測量水蒸氣的紅外信號。
供圖：NOAA，NESDIS CENTER FOR SATELLITE APPLICATIONS AND RESEARCH
2012年，颶風桑迪襲擊美國東海岸。那次颶風橫掃紐約地區(qū)，在當?shù)赝Ａ袅藬?shù)天，帶來的暴雨造成100多人死亡，淹沒了整個社區(qū)，摧毀了當?shù)氐幕A設施。
幾乎可以肯定的是，如果沒有科學家對桑迪路徑的詳細、準確的預測，損失會更大。在桑迪登陸之前，科學家們就已經(jīng)能向應急管理人員提供其相關信息。
在過去的幾十年里，氣象科學取得了很大的進展。安裝在衛(wèi)星上的各種儀器可通過大氣層搜集地球表面的大量數(shù)據(jù)，隨著氣象科學的發(fā)展，科學家從中提取的信息越來越多，最終獲得了越來越復雜、影響深遠和準確的預測。
不過，科學家們警告說，我們已經(jīng)習慣的預測精度可能會受到威脅。人類預測未來天氣的能力可能會倒退40年，一個關鍵的預測工具可能會嚴重退化。
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、紅外線和紫外線、伽馬射線和x射線在內(nèi)的各種類型的電磁輻射。如今，這種空間已經(jīng)很稀缺了。而提供給復雜天氣模型的大部分信息，都來自與電信公司希望用于新技術(shù)的領域相近的頻譜部分。
威斯康星大學麥迪遜分校的大氣科學家Jordan Gerth解釋說：“這有點像一座住著各種各樣的人的公寓樓。大家都認為，每個人都應該保持相對安靜。在光譜領域，我們有氣象應用，科學應用，以及那些需要非常安靜的環(huán)境和鄰近環(huán)境的應用。但電信信號通常都很吵，而且也容易泄露到外部空間?！?/p>
“這就像運營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，但你還是會聽到傳過來的噪音?！?/p>
在過去一個月，各國和貿(mào)易團體的代表齊聚世界無線通信會議，商討如何嚴格保護對天氣預報至關重要的電磁波譜“頻段”的國際規(guī)則。換句話說，代表們允許午睡房間里能聽到體育酒吧里傳來的多少噪音。
最后，他們做出了一個決定。包括美國宇航局（NASA）局長Jim Bridenstine在內(nèi)一些科學家認為，該決定可能會降低天氣預測的準度，或許無法挽回。
利益攸關
麻省理工學院的大氣科學家、工程師William Blackwell說，其中一個關鍵的頻段大約是23.8 GHz。水蒸氣會吸收這個微波頻段，留下一個微弱的信號，然后被衛(wèi)星上監(jiān)測微波頻段的儀器讀取?，F(xiàn)在的問題是，電信公司對利用水汽信號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，就像有些光譜是進行天氣預報所必需的一樣。不過，剩下的大部分頻譜都已經(jīng)分配給了各種不同類型的無線通信——GPS、無線電導航、衛(wèi)星控制、通訊等等。因此，人類對剩余電磁波譜的需求正在不斷增長。
華盛頓大學的大氣科學家Tom Ackerman說：“我們之所以會陷入這場拉鋸戰(zhàn)，都是因為這些手機，就像我現(xiàn)在拿著的那部一樣?！?/p>
過去，用于通訊的電磁波譜距離用于天氣和氣候科學工作的頻段非常遠。
Ackerman說：“但是我們的頻譜資源已經(jīng)所剩無幾了。以前，我們可以很好地共存，但現(xiàn)在已經(jīng)沒有共存的余地了。”
今年早些時候，美國聯(lián)邦通信委員會拍賣了緊挨著23.8 GHz水蒸汽頻段的部分微波頻段?？释M入新頻段的公司出價超過20億美元。
然而，在此次拍賣之前，NASA局長Jim Bridenstine警告稱，干擾（即大5G信號“泄漏”到23.8GHz頻段微弱的水蒸氣信號中）可能會將天氣預測質(zhì)量降低到上世紀70年代中期微波探測儀時代之前的水平。
大約在同一時間，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的代理副局長Neil Jacobs對一個國會委員會說，接近23.8 GHz波段的電信活動可使天氣預報的準確性降低30%，并可能導致颶風預報的提前時間減少2-3天。
他們和其他科學家要求嚴格限制隔壁釋放的“噪音”——就像世界氣象協(xié)會建議的那樣，將噪音上限限制在-42分貝瓦（更小的負數(shù)意味著更嚴格的限制）。不過，聯(lián)邦通信委員會決定使用-20分貝瓦的限制。
在本月舉行的世界無線電通信大會上，與會人員做出的決定介于兩者之間。決策者們決定，在2027年之前，信號噪音的上限為-33分貝瓦；到2027年，信號噪音的上限將略微增大至-39分貝瓦。
Gerth說，這要優(yōu)于聯(lián)邦通信委員會的提議，但還遠不夠理想?！斑@個問題不會消失，”他說。
美國無線行業(yè)的主要貿(mào)易集團移動電信和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會不同意上述看法。該協(xié)會的執(zhí)行副總裁Brad Gillen在一篇博文中寫道，NOAA和NASA的分析基于錯誤的微波探測儀，如果使用更現(xiàn)代的探測儀，問題就會消失。不過，NOAA、NASA以及美國海軍都不同意。
NOAA與NASA對這一特殊問題的分析方法尚未公開，因此非政府的氣象科學家仍無法直接審查上述主張。
衛(wèi)星時代改變了天氣預報
一個世紀以前，全世界最好的天氣預報大多是基于經(jīng)驗的猜測。云型和風可為未來幾個小時內(nèi)大氣的變化提供線索，但也僅此而已。今天，科學家們可以展望一個多星期以后的未來，并對即將出現(xiàn)的天氣做出可靠的預測：雨、雪、陽光或者颶風。
到了20世紀70年代，科學家們已經(jīng)構(gòu)建了我們今天所知的天氣預報系統(tǒng)的基本框架。他們開發(fā)了計算機模型來描述控制大氣中空氣流動方式的復雜物理學。他們對其中涉及的物理學的細節(jié)研究得越是深入，預測結(jié)果就越準確。
不過，他們發(fā)現(xiàn)大氣是一個變幻無常的怪物。為了預測未來的天氣，他們需要準確地知道現(xiàn)在的天氣狀況，他們發(fā)現(xiàn)：只有他們對事物的起源有準確的理解時，物理學才會起作用。
全世界的科學家和工程師都認識到，關鍵在于獲取有關當前大氣狀態(tài)的最佳數(shù)據(jù)。他們認為，這將會幫助他們對未來天氣做出最佳預測。
科學家們花費了更多的精力開發(fā)可精確標示整個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、雅加達到海洋上空的水蒸氣含量。
其中一個重要的進展是精確地計算出水蒸氣的含量和位置。為了做到這一點，科學家們依靠的是這樣一個事實：水蒸氣會吸收不同頻率的電磁輻射。
隨著衛(wèi)星觀測質(zhì)量的提升，天氣預報的精度和準確性也提高了。如今，未來5天的天氣預報和上世紀80年代早期的一天天氣預報一樣準確。
最近，科學家開始使用從安裝在環(huán)繞地球運行的衛(wèi)星上的微波測深儀進行觀測，這些觀測數(shù)據(jù)對天氣預測人員來說更具價值。在過去十年中，歐洲中程天氣預報中心（ECMWF，被認為是世界上最重要的天氣預報機構(gòu)）的研究表明，微波頻率數(shù)據(jù)在短期天氣預報中起著關鍵作用，為天氣預報模型提供了大約20%的關鍵信息。
安裝在NOAA聯(lián)合極地衛(wèi)星系統(tǒng)和歐洲氣象業(yè)務衛(wèi)星等衛(wèi)星上的微波探測儀，能夠探測到衛(wèi)星每次從地球上空經(jīng)過時來自大氣的微波輻射量。它們可通過觀察一組不同頻段的輻射來判斷水蒸氣的含量，其中一個波段頻率為23.8 GHz。然而，這個波段的水蒸氣信號很弱，就像一條小溪。微波測深儀現(xiàn)在很擅長測量這一微弱的信號。
即使用于天氣預報的電磁波譜得到根本的保護，還有更多對天氣預報至關重要的波段也面臨著類似的侵蝕威脅，但麻省理工學院的Blackwell并不相信這些波段會得到保護。
“電磁波譜的其他波段也面臨同樣的問題。5G頻譜正不斷侵蝕這些波段，向這個神圣的電磁波譜領域靠近。這將是個問題?！彼f。
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