De weerman wordt gestoord door 5G

Meteorologie De satellieten waarmee weerinstituten waterdamp zien, gebruiken dezelfde frequentie als 5G, het nieuwe en snelle mobiele internet.

Waterdamp in de atmosfeer. Dit beeld is een compositie van waarnemingen door de Modis-Aqua-satelliet, gedurende de maand april 2019.
Waterdamp in de atmosfeer. Dit beeld is een compositie van waarnemingen door de Modis-Aqua-satelliet, gedurende de maand april 2019. Beeld Reto Stockli, NASA’s Earth Observatory

Het 5G-netwerk komt eraan. En dat is mogelijk slecht nieuws voor het weerbericht. Een aantal van de radiofrequenties die dit mobiele netwerk moet gaan gebruiken, liggen dicht bij frequenties waarmee weersatellieten atmosfeermetingen doen. Het 5G-netwerk kan dus weermetingen verstoren.

Meteorologen van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA en de Amerikaanse meteorologische instantie NOAA trokken daarom vorige week aan de bel, onder andere tijdens een hoorzitting met een commissie van het Amerikaanse Congres. Ook Europese en Nederlandse meteorologen uiten hun zorgen. Ze vrezen dat de kwaliteit van de weersvoorspellingen achteruit gaat als telecombedrijven vrij spel krijgen op deze frequenties.

De moderne meteorologie leunt zwaar op satellieten. Weermodellen en voorspellingen worden aangestuurd door satellietmetingen te combineren met die van weerballonnen en instrumenten op de grond. Onder andere luchtdruk, vochtgehalte en temperatuur worden op verschillende hoogtes en met verschillende technieken gemeten. Sommige metingen worden gedaan rondom het visuele spectrum of met uv- of ir-straling. Maar satellietmetingen van onder andere wind, temperatuur, ijs, regen en waterdamp maken gebruik van straling die precies in het 5G-domein valt.

Regen en ijs

Dat werkt zo: de gegevens waarnaar meteorologen op zoek zijn zitten ‘opgesloten’ in bepaalde frequenties. Zo is waterdamp te vinden bij 23,8 gigahertz (GHz). Wanneer je minder straling van deze frequentie meet, betekent dat dat er meer damp in de lucht zit. Meet je meer straling, dan is de lucht minder vochtig. Voor regen en ijs gelden weer andere frequenties, omdat de moleculen zich anders tot elkaar verhouden. Dat zorgt ervoor dat er andere straling wordt geabsorbeerd.

„Meteorologen kunnen deze frequenties dus niet weggeven aan telecomaanbieders”, mailt Stephen English van het ECMWF (Europees Centrum voor Weersverwachtingen op Middellange Termijn). Natuurwetten bepalen bij welke frequenties gassen, vloeistoffen en andere deeltjes in de atmosfeer absorberen of uitstralen. Als deze metingen verstoord worden, betekent dat een flinke achteruitgang van de weersverwachtingen, terwijl steeds meer mensen en infrastructuur daarvan afhankelijk zijn, zegt Ad Stoffelen van het KNMI. „Bovendien kan 5G op termijn klimaatmonitoring beïnvloeden. Er worden namelijk reeksen van weeranalyses gebruikt voor klimaatanalyses.”

Betrouwbaarder internet

5G wordt de opvolger van 4G en belooft sneller en betrouwbaarder internet. Omdat 5G gebruik kan maken van hogere frequenties dan 4G, levert dat een hogere datasnelheid op. Net als 4G gebruikt 5G radiostraling om zendmasten, mobiele telefoons en andere apparaten met elkaar in contact te brengen. 4G zit echter op andere frequenties dan 5G, en stoort daarom weersatellieten niet.

Een telecombedrijf kan een deel van het radiospectrum ‘opkopen’. Dat luistert nauw. Een hogere frequentie levert een hogere datasnelheid op, maar het bereik is minder. Dus: hoe hoger de frequentie, hoe meer zendmasten je nodig hebt. Er zal dan ook een stevig gevecht zijn tussen aanbieders om de frequenties die bereik en snelheid het best combineren.

Het signaal waarmee waterdamp gesignaleerd wordt, verdrinkt in de ‘herrie’ van 5G

In de Verenigde Staten is de Federal Communications Commission (FCC) begonnen met het veilen van de frequentiedomeinen onder telecomaanbieders. En meteorologen wereldwijd kijken gespannen mee. De Verenigde Staten zijn een groot deel van de toekomstige 5G-markt, daarom kunnen beslissingen die daar genomen worden over frequenties, gevolgen hebben voor de wereldwijde 5G-standaardfrequenties. De Nederlandse veilingen van de 5G-frequenties staan gepland voor eind 2021 of begin 2022.

De NOAA en ruimtevaartorganisatie NASA hebben de FCC gevraagd om frequenties die gebruikt worden voor aardobservaties niet vrij te geven of te limiteren, zodat die niet interfereren met hun metingen. Ondanks dat verzoek is de FCC begonnen met het veilen van frequenties (voor een kleine 2 miljard dollar), waaronder een storend domein net boven 24 GHz. „Waterdamp absorbeert microgolfstraling van 23,8 GHz”, vertelt Ad Stoffelen van het KNMI. Als je naar het spectrum van de atmosfeer kijkt, dan detecteer je op plekken met veel waterdamp minder straling met die frequentie. Als zendmasten, telefoons en andere apparaten een frequentie in de buurt van die 23,8 GHz uitzenden, dan verdrinkt het signaal van de frequentieafname door waterdamp in ‘herrie’ van 24 GHz. Waterdampobservaties zijn nodig voor het voorspellen van de ontwikkeling van heftige stormen en orkanen.

„De frequenties overlappen niet, maar het 5G-netwerk is een ‘luidruchtige buurman’ die de muziek zo hard heeft staan dat je je eigen muziek niet meer hoort”, mailt Jordan Gerth, meteoroloog bij de University of Wisconsin-Madison in de Verenigde Staten. Gerth onderzoekt de gevolgen van 5G voor weersatellieten.

Weggegooide data

Als de metingen boven een gebied verstoord zijn, dan worden die data weggegooid, mailt English van het ECMWF. „Geen data gebruiken is beter dan verkeerde data voor de weersvoorspellingen.” Voor 5G-gebruik in kleine gebieden zijn die missende metingen te overzien. Door waterdamp en andere atmosferische factoren rondom zo’n klein gebied te meten, kunnen er nog steeds betrouwbare voorspellingen gedaan worden. Maar grote gaten in de metingen kunnen vervelende gevolgen hebben. Als de storende 5G-frequentie in het gehele gebied van de Verenigde Staten gebruikt wordt, dan zijn de verstorende effecten op weersvoorspellingen wereldwijd merkbaar. Het weer in andere werelddelen vertelt je namelijk wat jou te wachten staat. „Als de VS besluiten van deze frequenties gebruik te maken, dan kan dat de Europese weersvoorspellingen van drie tot vier dagen vooruit beïnvloeden, aangezien de wind op hoogte bijna altijd uit het westen komt”, zegt Gerth.

Het signaal waarmee waterdamp gesignaleerd wordt, verdrinkt in de ‘herrie’ van 5G

De frequentie waar het waterdampsignaal gemeten wordt, is niet de enige die meteorologen graag voor zichzelf houden. „Voor weermetingen zijn microgolffrequenties van 1 tot 300 GHz waardevol”, aldus English. Die straling wordt niet tegengehouden door wolken, op precies die frequenties na die door de wolken worden geabsorbeerd. „Daardoor kunnen we boven en onder wolken het weer meten.”

Naast die van waterdamp zijn er nog meer door natuurwetten bepaalde frequenties die weersatellieten meten. Met signalen van 50,2-50,4 GHz kunnen meteorologen bijvoorbeeld de temperatuur op verschillende hoogtes in de atmosfeer bepalen. Regen en sneeuw detecteer je bij 36-37 GHz en wolken en ijs bij 86-92 GHz. Enkele voorgestelde 5G-frequentiedomeinen liggen dichtbij deze frequentiesignalen.

Alle metingen worden samengevoegd bij meteorologische instituten en verwerkt tot weermodellen en verwachtingen. Hun communicatie verloopt ook via bepaalde frequentiedomeinen. Weerballonnen gebruiken daar nu 400-406 MHz voor en weersatellieten 1.675-1.680 MHz. Die domeinen zullen waarschijnlijk ook gebruikt worden voor 5G. „Maar in tegenstelling tot de meetfrequenties zijn deze domeinen niet bepaald door de natuurwetten”, zegt English. „We kunnen andere communicatiefrequenties kiezen. Het kost tijd om de zend- en ontvangsttechnologie aan te passen, maar het is mogelijk.”

Krachtiger signalen

Zijn we gedwongen te kiezen tussen het beperken van snel mobiel internet en betrouwbare weersvoorspellingen? Misschien niet. Er is een manier om zowel weermetingen te doen als 5G uit te zenden op 24 en 50 GHz, zegt English „Als er limieten gesteld worden aan het vermogen waarop 5G uitgezonden wordt, dan overstemt het de metingen niet en kunnen ze naast elkaar bestaan.” Voorlopig willen telecombedrijven echter krachtiger signalen uitzenden dan die limieten toestaan.

Lees over de hinder die veiligheidsdiensten van 5G ondervinden: Stilte graag, de geheime dienst wil afluisteren

Later dit jaar zullen hierover onderhandelingen zijn. Een van de belangrijkste momenten is eind oktober. Dan houdt de International Telecommunication Union (ITU) een conferentie over radiocommunicatie in Egypte. Ook de World Meteorological Organization is daarbij. Het leidt de onderhandelingen en vertegenwoordigt instanties zoals de Europese ECMWF, waar het KNMI weer bij is aangesloten.

In Egypte wordt besloten of er internationale regelgeving opgesteld wordt voor de 5G-frequenties. Er kan dan afgesproken worden wie waarop mag ontvangen en uitzenden en hoe luid dat mag zijn. „Ik ben optimistisch over de onderhandelingen, maar ook bezorgd”, zegt English. „We moeten er niet van uitgaan dat het goed komt en zorgen dat de belangen van de weermetingen meewegen zodat grote gebieden storingsvrij blijven, zelfs als een paar landen besluiten de storende frequenties wel te gebruiken.”