用手机网络信号监测天气状况
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P461,P463.3

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Weather Monitoring by the Signals of Mobile Communication Networks
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    摘要:

    手机是人们现代日常生活中的基本通讯联络手段之一。用手机网络信号可以来监测天气状况。手机微波通讯专家和气象专家的联合研究发现:数字频段通讯微波返回信号的衰减强烈地受近地面雨滴的大小和分布的影响,数字频段通讯微波返回信号的衰减可获得地面降水的高空间分辨率即时监测资料。研究表明:利用通讯信号衰减测得的降雨值与传统雨量筒的观测值非常接近,精确度要明显高于雷达观测的结果;并且可以大大弥补传统雨量筒监测的布设站点数量少、空间分辨率低的不足。对强降雨和洪涝的高空间分辨率实时监测,具有重要意义。现在科学工作者已研制出了用手机网络信号监测降雨的专利产品。深信用手机网络信号监测降雨是人类对降水观测的又一次重大技术进步,必将对高空间分辨率的精细降雨预报产生推动作用。

    手机作为现代社会的重要标志,已经是人们日常生活与工作中的通讯联络基本手段之一,为人们提供着即时、便捷的移动通讯服务,给人们的工作、学习与生活带来了极大方便。现在除高山、极地、沙漠、海洋深处等少数区域外,手机通讯网络几乎覆盖了地球的每一个角落[1]。使用手机网络供应商提供的移动通讯服务,已经是很多人日常生活和工作的一部分。然而用手机网络信号来监测天气状况仍然是现代社会的新鲜事。最近以色列特拉维夫大学Hagit Messer的研究小组发现:手机网络信号与天气状况有着很强的相关关系。大家或许有过这样的经历:在风雨的天,手机信号会因天气的干扰,而质量变得不好。如同使用室内天线的电视机类似,在阴雨天接收到的信号就会变差。手机网络供应商为了保证用户的通话质量,在阴雨天常常采用提高信号发射功率的方法来补偿因天气干扰而有所减弱的网络通讯信号。科学家正是依据这一原理发现:阴雨天手机信号的减弱程度对降雨的多少有直接的指示作用;在数字固定频段的信号减弱与降雨之间有很强的正相关的关系。
    实际上,这个发明与利用全球定位系统(GPS)信号监测天气的思路有相似之处。如今GPS技术日趋成熟。科研人员在大量科学研究的基础上,已将GPS技术应用于天气与气候的监测与预报当中[2],大大提高了天气测报人员对大范围持续强降水的监测和预警能力。
    手机微波通讯专家和气象专家的联合研究发现:数字频段通讯微波返回信号的衰减强烈地受近地面雨滴的大小和分布的影响,信号衰减与地面降雨强度存在着指数关系,降雨速率和降雨量可以用不同的微波信号的衰减度函数来直接求得[3]。同时研究还证实:利用通讯信号衰减测得的降雨值与传统雨量筒的观测值非常接近。科研人员在比较用雨量筒、微波衰减和地面雷达对降雨进行观测时发现:微波衰减观测的降雨量结果,其精确度要明显高于天气雷达观测的结果[3]。用雨量筒观测降雨,因受其观测站点和架设数量少的限制,难以获得具有足够空间分辨率的降水观测资料。现在数字微波通讯网已是全球的主要移动通讯网络[4],空间上覆盖了亚洲、欧洲、南北美洲、大洋洲等的绝大多数区域[5]。因而用手机网络信号来观测降雨,则可获得空间分辨率高、分布广泛的实时地面观测资料,是雨量筒观测的很好补充,可用于强降雨和洪涝的实时监测中,并可获得高质量的监测资料。可以说手机网络信号用于降雨的监测是人类对降雨观测的又一次重大技术进步,必将对人类进行精细降水预报,特别是高精度的时空分辨率的预报、预警将起到巨大的推进作用。现在,以色列特拉维夫大学的研究人员已研制出了用于手机网络信号监测降雨的信号接收、处理、传输的专门产品,并向美国申报了相关的专利保护[3]。由于手机网络信号对降水的良好响应性,研究人员已发现:手机网络信号不仅能用于监测降雨,而且还可用于监测降雪、雾、冰雹等多种天气过程。现在手机网络已覆盖了全球绝大多数的空间区域,将现有的手机网络直接应用于地面天气状况的监测,是不需要增加额外的基础建设投资,具有投资少、建设速度快的明显优势。随着手机网络信号监测天气状况新技术的不断完善与提高,其应用必将有着十分广泛的前景。

    Abstract:

    Mobile communication is a basic approach in people’s ordinary life in our modern society. The existing mobile communication network can be used into measurements for meteorological monitoring. It is shown by the researches carried out by telecommunication specialists and meteorologists that attenuation of digital fixed radio systems depends on the size and distribution of the near-surface rainfall droplets. That attenuation of backhaul links of the network could be used to induce the surface precipitation with high spatial resolution. The surface precipitation induced from impairments of the network is much closet to the data from rain gauges, than that from weather radar-based estimates. The surface precipitation monitoring by mobile network is provided a high complementation to existing rain gauge monitoring system, which is insufficient in spatial resolution due to limitation on the number of sites and installations of rain gauges. In particular, the mobile network can provide a significant built-in facility in real- time monitoring on heavy rain and flood. Nowadays, some patent products of the mobile network weather monitoring have been developed by the scientists in Tel-Aviv University, Israel. It is believed that precipitation monitoring by mobile network is an important progress during the human’s weather observing history, which will facilitate the high-solution, intensive weather forecast in forthcoming days.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

张称意,陈德亮,董文杰.用手机网络信号监测天气状况.生态学报,2006,26(9):3156~3157

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