Macht 5G Mobilfunk die Wettervorhersage kaputt?

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Beim Orkan Sabine haben uns präzise Vorhersagen früh erreicht. Nach der Einführung von 5G werden die Meteorologen es wahrscheinlich schwerer haben. Die Frequenz der Telefonie kommt den Wettersatelliten in die Quere.

Wasserdampf ist ein unsichtbarer Treibstoff für Stürme (hier: Hurrikan Dorian). Ihn zu erkennen ist aber nicht einfach.

Wettervorhersagen sind heute so exakt wie nie zuvor in der Geschichte. Das liegt vor allem an Erdbeobachtungssatelliten, die global eine Vielzahl verschiedener wetterrelevanter Daten präzise erfassen. Die Daten fließen dann in Computermodelle für die Wettervorhersage ein.

Einer der zahlreichen Werte ist der Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre, also das verdunstete, gasförmige und damit unsichtbare Wasser, das erst bei Abkühlung auskondensiert und dann Wolken und Niederschlag bildet. Gemessen wird er von ESA und NASA Satelliten

Den Wasserdampf sichtbar zu machen, ist für Meteorologen extrem wichtig. Kennen sie den Wert, können sie viel genauer vorhersagen, wo und wann ein Orkan, Hurrikan, Taifun oder Zyklon auf Land trifft. Erkennen sie den Wasserdampf indes nicht, können die Vorhersagen um hunderte Kilometer daneben liegen. Und auch die geschätzte Vorwarnzeit könnte gefährlich falsch sein. Menschenleben könnten in Gefahr geraten.

Eigenstrahlung der Wasserdampfmoleküle

Den atmosphärischen Wasserdampf messen Wettersatelliten mit passiven Sensoren. Die wichtigste Information liefern dabei die sehr schwachen Mikrowellensignale im Spektralbereich von 23,6 bis 24 GHz.

“Die Strahlung dort entsteht durch kleinste Änderungen in der Rotationsgeschwindigkeit von Wassermolekülen”, erklärt Dr. Clemens Simmer, Professor für allgemeine und experimentelle Meteorologie an der Universität Bonn. “Und die Linie, um die es hier geht, liegt mit ihrem Zentrum bei 22,235 GHz. Das ist ein Bereich, in dem andere Gase und auch Wolken praktisch keinen Einfluss haben. Also messen wir dort nur den Wasserdampf. Diese Emission ist nichts anderes als Wärmestrahlung, die spürbar auch ein Herd abstrahlt. Nur messen wir diese Strahlung bei Wellenlängen im Zentimeterbereich.”

Prof. Simmer befürchtet, dass Satelliten nach der 5G-Einführung in bestimmten Bereichen blind werden.

Griff nach dem Frequenzbereich

Das Problem dabei: Die Internationale Telekommunikation Union (ITU) hat 2019 auf ihrer Weltkonferenz (WRC-19) in Sharm el Sheikh festgelegt, dass das neue 5G Netz im Bereich von 24,25 bis 27,5 GHz senden soll. Damit trennt nur noch eine Bandbreite von 0,25 GHz den Mobilfunkbereich von dem für Meteorologen so wichtigen Wasserdampfspektrum. Damit ist es fast unausweichlich, dass die Mobilfunkmasten- und Endgeräte den Meteorologen dazwischenfunken werden. 

“Die Strahlung der Geräte hört ja nicht bei 24 GHz auf, denn jeder Sender sendet mit einer gewissen Bandbreite”, warnt Prof. Simmer. “Bandbreiten lassen sich gar nicht vermeiden, so dass sie immer in diesen Bereich hineinspielen.”

Hinzu kommt, dass die Strahlung des Wasserdampfes nur ganz schwach ist. “Es sind ganz niedrige Energieänderungen im Wasserdampfmolekül und das macht es auch so schwierig, weil dadurch auch kleinste Verunreinigungen das Signal stören”, erläutert Simmer. “Daher benötigen wir sehr niedrige Grenzwerte für die Strahlung der Sender unterhalb von 24 GHz.” 

Kleiner Sender – große Wirkung

Die Flächenauflösung der Mikrowellensensoren auf heutigen Wettersatelliten erreicht etwa ein Raster mit einer Auflösung von zehn bis dreißig Kilometern. Ein einziger starker Mobilfunkmast oder ein Mobiltelefon, das in den kritischen Frequenzbereich hineinstreut, könnte die Satellitenmessungen damit für eine entsprechende Fläche wertlos machen.

Besonders stark dürfte es anfangs Satellitenaufnahmen von urbanen Zentren und Siedlungsgebieten betreffen. Aber weil 5G das autonome Fahren unterstützen soll, werden auch bald Fernstrassen und Autobahnen dazukommen. Und dabei wird es kaum bleiben. “Wir haben viele Schiffe, Flugzeuge. Mit Sicherheit wird 5G dort auch eingesetzt werden”, erwartet Simmer “Wir kriegen also überall auf der Erde diese Störungen.”


  • Sentinel: Acht wunderschöne Satelliten-Bilder unserer Erde

    Grüße von der Französischen Riviera

    Auf diesem Bild sieht man die französische Mittelmeerküste. In Cannes wird ein Großteil des Sentinel-Equipments für das Copernicus-Erdbeobachtungsprogramm gebaut. Unter den Zulieferern ist auch Airbus.


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    Was bisher geschah

    Sentinel-1A machte am 3. April 2014 den Anfang. Seitdem folgten zwei weitere Satelliten, Sentinel-2A am 23. Juni 2015 und Sentinel-3A am 16. Februar 2016. Diese Aufnahme von Sentinel-3A ist eine seiner frühesten. Sie zeigt den Nil und Teile des Nahen Ostens. Die Satelliten messen die Energie, die von der Erdoberfläche ausgeht, mit einem Meer- und Land-Oberflächentemperaturradiometer (SLSTR).


  • Sentinel: Acht wunderschöne Satelliten-Bilder unserer Erde

    Farbechte Fotos

    Diese unfassbar scharfe Aufnahme zeigt Korallenriffe im Roten Meer vor der Küste Saudi Arabiens. Sie wurde von Sentinel-2A am 28. Juni 2015 aufgenommen. Die Qualität der Sentinel-Fotos ist viel besser als bei früheren Satellitenmissionen wie beispielsweise Envisat. Bei der Sentinel-2 Mission wird Land beobachtet. Dafür werden Fotos von Vegetation, Flüssen, Bächen und Küstengebieten ausgewertet.


  • Sentinel: Acht wunderschöne Satelliten-Bilder unserer Erde

    Colorierte Fotos

    Dieses nachcolorierte Bild vom südlichen Khartum im Sudan war eines der ersten von Sentinel-2A, aufgenommen fünf Tage nachdem der Satellit in der Umlaufbahn ankam. In der oberen rechten Ecke sieht man einen Teil des blauen Nils. Die roten Punkte entlang des Flusses sind dichte Vegetation. Die Farbe wurde nachträglich hinzugefügt, um das Foto besser interpretieren zu können.


  • Sentinel: Acht wunderschöne Satelliten-Bilder unserer Erde

    Bedrohter Hafen

    Eine weitere großartige Aufnahme von Sentinel-2A zeigt Sierra Leone in Westafrika. Die Landeshauptstadt Freetown ist auf der Halbinsel unten im Bild. Ihre Wirtschaft ist von dem natürlichen Tiefwasserhafen abhängig. Wissenschaftler der ESA sagen, er sei durch die zahlreichen nicht erlaubten Siedlungen bedroht, für die viele Hektar Mangrovenwälder gefällt wurden.


  • Sentinel: Acht wunderschöne Satelliten-Bilder unserer Erde

    Die Yuma-Quadrate

    Viele der Sentinel-Fotos sind wahre Kunstwerke. Man muss nicht verstehen, was abgebildet ist, um sie zu bewundern. Hier sieht man die Stadt Yuma im US-Bundesstaat Arizona. Sie liegt an der Grenze zu Mexiko.


  • Sentinel: Acht wunderschöne Satelliten-Bilder unserer Erde

    Schwindender Aralsee

    Das ist der Aralsee, zusammengesetzt aus drei verschiedenen Sentinel-1A-Radarscans. Die ESA sagt, der Aralsee sei ein “markantes Beispiel für den Effekt, den die Menschheit auf Umwelt und natürliche Ressourcen hat […]. Seit 1960 hat er aufgrund intensiver Nutzung 90 Prozent seines Wassers verloren.”


  • Sentinel: Acht wunderschöne Satelliten-Bilder unserer Erde

    Himmel über Berlin

    Dieses Sentinel-2A Foto zeigt Berlin, die deutsche Hauptstadt, in faszinierenden Details. Man kann sehen, wie grün die Stadt ist, mit dem Tegeler See und dem Wannsee im Westen. An der unteren Bildmitte sieht man den ehemaligen Flughafen, das Tempelhofer Feld. Wenn Sie mehr Satelliten-Bilder sehen möchten: www.esa.int/spaceimages/Images

    Autorin/Autor: Zulfikar Abbany/ cb


Kampf ums Frequenzspektrum

Schon jetzt erleben Meteorologen immer wieder, dass Dritte in für sie reservierten Frequenzbereiche eindringen. Ein solcher Bereich ist das L-Band um 1,4 Ghz. Dort misst etwa der ESA Erdbeobachtungssatellit SMOS die Bodenfeuchte auf den Kontinenten  und den Salzgehalt der Meeresoberfläche. 

“Je feuchter der Boden ist, desto weniger Energie strahlt er ab. Das können wir messen und diese Messung wird auch schon in der Wettervorhersage verwendet,” berichtet Prof. Simmer. “Da müssen mittlerweile sehr aufwendige Vorverarbeitungs-Algorithmen laufen, um die Daten zu filtern und um Störungen herauszurechnen, also um zu bestimmen, was eine Störung ist und was ein Messsignal. Dadurch gehen schon einige Daten verloren.”

Wahrscheinlich entstehen die Störungen in diesem Bereich vor allem durch Fernsteuerungen, möglicherweise für Garagentore. Besonders stark sind sie in Asien. Vermutlich liegt das daran, dass dort mehr entsprechende Produkte verkauft wurden, die auf der jeweiligen Frequenz senden.

Bei 5G dürfte die Wirkung indes ungleich stärker sein, als die vereinzelten Fernsteuerungen. “Ich gehe davon aus, dass die Sensoren in den Bereichen, in denen die Frequenzen viel genutzt werden, praktisch blind werden”, sagt Simmer.

Nach der Markteinführung gibt es kein Zurück

Um die Störungen der Wettersatelliten wenigstens zu minimieren, hatte die World Meteorological Organisation (WMO) verlangt, dass der Leistungspegel der Sender begrenzt werden müsse. So sollten Sendemasten in angrenzende Bandbereiche höchstens mit -55 dBW (Dezibel Watt) ausstrahlen dürfen und Endgeräte mit -51dBW. Das entspricht einer Sendeleistung von weniger als 10 Mikrowatt.

Doch die Verhandlungsführer bei der WRC-19 in Sharm el-Sheik setzten sich über die strengen Forderungen der Meteorologen hinweg. Sie setzten die Grenze zunächst auf -33 dBW fest, was etwa einer Sendeleistung von 1 Milliwatt entspricht. Erst ab 2027 sollen dann strengere Regeln gelten: -39 dBW für Sendemasten und -35 dBW für Endgeräte.

Prof. Simmer warnt davor, dass es dann für die Meteorologen bereits zu spät sein könnte. Gerade in der kritischen Phase der 5G-Einführung sei nun damit zu rechnen, dass die Märkte weltweit mit weniger sauber sendenden Geräten überflutet werden: “Ich weiß nicht, ob man das Rad dann zurückdrehen kann. Bei allem, was jetzt so festgelegt wird, werden die Hersteller sagen: So, jetzt können wir uns zehn Jahre daran halten.” 


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Aufgepeitschte Nordsee

    Der Deutsche Wetterdienst (DWD) verzeichnete bereits am frühen Sonntagabend im Westen und Nordwesten orkanartige Böen von bis zu 115 km/h, über Nacht dürfte “Sabine” noch kräftiger werden. An der Nordseeküste – hier ein Bild aus Dagebüll – gilt ab Montagnachmittag Sturmflutgefahr.


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Autos unter Ästen

    Für die meisten Regionen in Deutschland rief der DWD die zweithöchste Unwetter-Warnstufe aus, für manche Gegenden in Baden-Württemberg und Bayern sogar die höchste. Vielerorts stürzten Bäume um und begruben Autos unter sich – wie hier in Nordrhein-Westfalens Landeshauptstadt Düsseldorf.


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Baum auf Villa

    Im Treppenviertel im noblen Hamburger Stadtteil Blankenese stürzte am Sonntagabend ein Baum in ein Haus. Das Dach und zwei Wände hielten dem Druck nicht stand. Nur durch Glück sei niemand verletzt worden, berichtete ein Feuerwehr-Sprecher aus der norddeutschen Großstadt.


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Gipfel der Geschwindigkeit

    Extrem gefährlich ist die Wetterlage auf dem Brocken, dem höchsten Berg im deutschen Mittelgebirge Harz. Die örtliche Nationalparkverwaltung warnte Spaziergänger davor, die Wälder und den 1141 Meter hohen Gipfel zu betreten. Diese Besucher hielten sich augenscheinlich nicht daran.


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Gestrandet am Bahnhof

    Die Deutsche Bahn stellte ihren Fernverkehr bis mindestens 10 Uhr am Montagvormittag (MEZ) ein. Zahlreiche Reisende – wie hier am Stuttgarter Hauptbahnhof – kamen nicht weiter. In größeren Bahnhöfen wurden sogenannte Übernachtungszüge bereitgestellt. Auch der Regionalverkehr ist vielerorts betroffen.


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Entschleunigung am Airport

    Etliche deutsche Flughäfen strichen Starts und Landungen. Auch am Montag ist mit Annullierungen zu rechnen. Eurowings (EW) unterbrach am Sonntag wegen der Extremwetterlage seinen gesamten Flugbetrieb an den Airports Hamburg, Berlin, Hannover, Dortmund, Düsseldorf, Köln und Stuttgart.


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Blockade durch Birke

    Auf den Straßen kam es ebenfalls zu erheblichen Behinderungen. Vielerorts haben Feuerwehrleute alle Hände voll zu tun, um Hindernisse zu beseitigen. Im hessischen Groß-Felda etwa entwurzelte “Sabine” eine zehn Meter hohe Birke, die die Zufahrt zur Bundesstraße 49 Richtung Rheinland-Pfalz blockierte.


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Kein rheinisches Derby!

    Vielen Fußballfans im Rheinland verdarb “Sabine” den Sonntag: Das für den Nachmittag angesetzte Spiel zwischen Borussia Mönchengladbach und dem 1. FC Köln wurde abgesagt. Die sichere Abreise der Zuschauer hätte nicht gewährleistet werden können, hieß es zur Begründung.


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Steinschlag am Dom

    Sightseeing in der Kölner Innenstadt? Besser nicht. Jedenfalls dem Wahrzeichen der Stadt, dem Dom, sollte man in keinem Fall zu nahe kommen. Schließlich könnten sich Steine aus der Kathedrale lösen und aus großer Höhe auf die Domplatte fallen. Lebensgefahr!


  • “Sabine” stürmt über Deutschland

    Freier Montag

    Zu Wochenbeginn fällt an vielen deutschen Schulen der Unterricht aus, etwa in etlichen Städten Nordrhein-Westfalens sowie in Teilen von Bayern, Hessen, Niedersachsen und Bremen. In Baden-Württemberg können Eltern ihre Kinder vom Unterricht befreien lassen, falls es Gefahren auf dem Schulweg gibt.

    Autorin/Autor: Christian Walz


Klima-Messreihen gefährdet

Wenn den Meteorologen ihre Wasserdampf-Linie verloren geht, gibt es auch für die Klimaforschung ein Problem: “Bei dieser Frequenz haben wir Satelliten sei 1980 und damit einmalige Zeitreihen für das Klimamonitoring, die wir damit aufgeben müssen”, warnt Simmer.

Der Professor für allgemeine und experimentelle Meteorologie an der Universität Bonn fürchtet, dass das Ringen zwischen Telekommunikationsanbietern, Meteorologen und Behörden damit noch lange nicht zu Ende ist: “Als nächstes will man im Bereich der hohen 30er GHz etwas machen. Das ist der einzige Bereich, in dem wir das Wolkenwasser quantitativ sehr gut bestimmen können. Das ist nur kurz vor den 50-60 GHz, wo wir Temperaturprofile messen.”

Und selbst auf diesen Bereich hätten die Funk- und Telekommunikationsentwickler schon ihren Blick geworfen. Dann werde es noch schwieriger für die Meteorologen. Denn um in solchen Frequenzbereichen gut funken zu können braucht man auch noch viel mehr Geräte. “Je höher die Frequenz, desto undurchlässiger wird die Atmosphäre. Man muss dann noch ein viel dichteres Netz von Sendern und Empfängern haben.”

Seit dreißig bis vierzig Jahren sind diese Frequenzbereiche schon für die Wetterbeobachtung freigehalten. Sollten die Meteorologen aber nun das Ringen um die Einführung von 5G verlieren, könnten als nächstes auch die höheren Bereiche zur Disposition stehen. 

Noch hat die WMO ihren Kampf nicht aufgegeben. Gemeinsam mit den nationalen Wetterdiensten und dem Europäischen Zentrum für Mittelfristvorhersage (ECMWF) bemüht sie sich weiterhin um strengere Richtlinien und Auflagen für die Hersteller. 


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Die Vermessung der Meeresoberfläche

    Der NASA-Satellit Jason-3 ist am 17. Januar 2016 gestartet. Im Oktober soll er die Aufgabe von seinem Vorgänger Jason-2 übernehmen. Jason-3 soll Teil eines größeren Netzwerkes von Erdbeobachtungssatelliten werden, die die Höhe des Meeresspiegels sowie Ozean- und Atmosphärenströmungen vermessen.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Steigt das Meer – oder sinkt der Kontinent?

    Pegel am Ufer können diese Frage nie einwandfrei beantworten. Aber Satelliten erkennen die Kontinentalbewegungen. Deshalb gibt es die Ozean-Oberflächen-Topographie-Mission (OSTM) der NASA mit den Satelliten Topex/Poseidon, Jason-1, -2 und bald auch -3. Sie sollen das Rätsel lösen. Diese Radar-Bilder stammen von Jason-2. Jason-3 hat zusätzlich noch ein Radiometer und ein Laser-Messgerät an Bord.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Eine Fülle von Daten für Umweltschutz und Entwicklung

    Ohne Erdbeobachtungssatelliten könnten wir unsere Welt nur halb so gut verstehen. Dieses Bild stammt von Sentinel-2, einem Erdbeobachtungssatelliten der ESA, der im Rahmen des Copernicus-Programms um die Erde fliegt. Es wurde Ende Juni kurz nach dem Start des Satelliten aufgenommen und zeigt den nördlichsten Bereich der Adria und Teile der Alpen.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Kleine Kiste mit guter Kamera

    Sentinel-2 arbeitet mit einer Spektralkamera, die auf unterschiedlichen Wellenlängen Bilder aufnehmen kann. So werden immer wieder andere Details deutlich – bis hin zum Zustand der Vegetation und zur Feuchtigkeit der Böden. Hier bereiten ihn Ingenieure auf seine Reise vor.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Was wächst wo und wie gut

    Auch dieses Bild zeigt einen Teil Norditaliens: Bei der Stadt Pavia (oben links) fließen der größere Po und der kleinere Fluss Ticino zusammen. Das Infrarot-Spektrum enthüllt dem Betrachter detailliert den Zustand der Landwirtschaft. Wissenschaftler können sogar erkennen, ob auf den Feldern Mais oder Kürbisse angebaut wurden.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Beobachtung im Doppelpack

    Viele Erdbeobachtungssatelliten fliegen nicht alleine um die Erde, sondern im Team. Auch die Sentinel-1 und -2 Satelliten, die ersten des später sechs Module umfassenden Copernicus-Programms der ESA, sollen dereinst als Paar die Erde umrunden. Dann können sie jeden Punkt der Erdoberfläche alle fünf Tage erfassen.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Radar für die Topographie

    Sentinel-1 kann zwar keine Farben erkennen, dafür sieht sein Radarblick jeden Berg und jedes Tal detailgenau. Er funktioniert ähnlich wie Jason-3, nur dass er für das Festland optimiert ist. Seine Messergebnisse können mit den optischen Daten von Sentinel-2 übereinandergelegt werden. So bekommen Forscher, Landwirte, Umweltbehörden und Industrie eine Vielzahl von Informationen – je nach Bedarf.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Die Niederlande – nicht ganz flach

    Das Radar-Auge des Satelliten hat hier ein Bild der niederländischen Küste aufgezeichnet. Ganz so flach, wie viele glauben, ist das Land gar nicht. Selbst Dünen, Gebäude und Deiche entgehen dem Radar-Blick von Sentinel-1 nicht.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Nicht nur die Erdoberfläche ist von Interesse

    Eine ganz andere Form der Erdbeobachtung ist die Swarm-Mission der ESA. Diese drei Satelliten umrunden die Erde als Schwarm und zeichnen dabei die Veränderungen des Erdmagnetfeldes auf. Ende 2013 wurden die Satelliten in ihre Umlaufbahn befördert. Seitdem sammeln sie fleißig Daten.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Veränderungen, die man nicht sieht

    Das Erdmagnetfeld ist interessant für die Forscher, weil es sich ständig verändert. Im Erdinneren bewegen sich riesige Massen heißen Magmas und mit ihnen auch der Magnetismus der Erde. Pole verschieben sich, was Auswirkungen auf Schiffahrt und Fliegerei hat.


  • Wie Satelliten die Geheimnisse der Erde ergründen

    Erdbeobachtung mit Blick zur Sonne

    Der Erdmagnetismus verändert auch unsere Beziehung zur Sonne und zum Weltall. Er schützt uns vor kosmischen und vor Sonnenstrahlen. Verschiebt sich das Erdmagnetfeld, verändert sich – besonders an den Polkappen – auch die Umlenkung von Teilchen, die etwa durch Explosionen auf der Sonne in Richtung Erde geschleudert werden. Satelliten, die zur Erde blicken, enthüllen also nicht nur Irdisches.

    Autorin/Autor: Fabian Schmidt