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为何要保护天气预报免受无线电频率干扰 来源:中国气象报 日期:2019年09月12日16:51

  史蒂夫·英格利希

  数值天气预报依赖不断输入的地球观测卫星、无线电探空仪、飞机、雷达等观测系统的资料。而这些观测系统,又依赖于无线电频率的分配。只有相应的无线电频率得到保障,它们才能正常工作,监视大气层和地球的变化,并通过通信网络交换观测资料。

  无线电频率分配是由国际协议来确定的,并根据新的需求在世界无线电通信大会(WRC)上定期更新。今年11月,新一届世界无线电通信大会(WRC-19)即将召开。世界气象组织(WMO)在欧洲气象卫星应用组织(EUMETSAT)、欧洲航天局(ESA,简称欧空局)等机构及EUMETFREQ(欧洲国家气象服务网络频率协调计划)的大力支持下,协调国际气象界的诉求,将代表气象行业参加今年的世界无线电通信大会,目标是让欧洲中期天气预报中心(ECMWF)等气象中心运行所需的频率继续得到保障,不会受新用户的干扰。随着下一代移动电话数据服务5G等需要无线电频率的新应用领域越来越多,要实现这一目标,也越来越具有挑战性。

  世界无线电通信大会需要权衡不同应用领域的需求,同时兼顾经济效益和社会效益。当然,这并不阻碍5G等新技术的发展,而是为了确保它们的发展不会影响天气预报等服务。

  关注气象领域需求

  为了使气象领域的需求得到关注,负责分配无线电频率的频谱决策者需要最佳、最新的信息,来了解这些频段对于气象领域的意义,从而更好地与其他应用领域进行比较。只有这样,他们才能尽可能将所需频率继续分配给地球探测卫星业务(EESS)等,并保护这些频率不受相邻频段带外发射的影响。

  ECMWF一直积极提供信息并协调更多行业的投入,以支持世界气象组织和相关空间机构。值得一提的是,我们于2018年9月组织了一次关于无线电频率干扰的研讨会,许多数值天气预报中心的代表参与其中。此后,我们在《国际电信联盟新闻杂志》(国际电联重要刊物)发表了一篇文章表明诉求。媒体对该主题产生了浓厚兴趣,对无线电频率在气象领域的应用进行了更广泛的传播。比如,《自然》杂志发表了题为《全球5G无线网络威胁天气预报》的文章。

  无源微波传感的价值

  许多用于数值天气预报的卫星观测在无线电频段中使用无源传感技术。这种无源测量必须使用非常敏感的仪器,才能够测到从大气和地球表面自然发射的极低功率的微波辐射。这些无源技术极易受到无线电频率新用户的干扰,后者基于各种用途会产生电磁辐射。

  由于大气气体的分子共振效应存在吸收峰,因此无源传感可以利用大气吸收特性获得有关地球系统当前状态的信息。随着频率的增加,云和降水的吸收和散射也会增加,水汽的吸收会缓慢增加,地球表面发射和反射微波辐射的效率也随之缓慢变化。

  当然,无线电频率在气象行业的应用并非仅限于无源微波观测,气象雷达等系统同样饱受无线电频率干扰之苦。无线电探空仪的跟踪和通信、控制卫星和下载卫星数据都依赖于特定的频率。这些频率分配与无源分配同等重要。

  为什么我们需要采取行动

  数值天气预报用户已经在L(~1.4 GHz)、C(~6.9 GHz)、X(~10.7 GHz)和K(~18.7 GHz)频段受到了无线电频率干扰,特别是欧洲SMOS仪器和日本AMSR2仪器的用户。如果气象行业失去这些及其他频段,将对国家气象预警系统以及通过欧盟哥白尼气候变化服务机构监测气候变化的能力产生不利影响。5G等新应用领域对较高频率很感兴趣,比如24GHz和50GHz临近的频段,然而,这些频段对于在分析中获得水汽和温度的准确估计至关重要。尽管无线电规则禁止24GHz和50GHz无源分配中的一切发射,但我们仍必须确保采取保护措施,来限制在相邻频段运行的有源系统带外发射水平。例如,24.25GHz和27.5GHz之间的5G频带发射会影响23.6GHz至24.0GHz的无源频段。

  我们身处于渴望在新领域应用无线电频率的世界,ECMWF等气象中心不得不明确特定无线电频率对天气预报的关键价值。2019年11月的世界无线电通信大会至关重要,届时将决定许多用于天气预报业务的频段的“未来”。在这场重要的活动中,ECMWF将一如既往地支持世界气象组织和空间机构。(作者系ECMWF地球系统同化部门负责人,本文由张格苗编译)

(来源:《中国气象报》2019年9月12日三版 责任编辑:苏杰西)



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