5G: Nun sind auch die Meteorologen besorgt

Neue Satelliten sollen bessere Ausgangsdaten für zuverlässige Wetterprognosen liefern. Doch die Anwendungen des neuen 5G-Mobilfunkstandards könnten dazwischenfunken.

Die Meteosat-Satelliten der dritten Generation sind derzeit im Bau und werden bei ihrer Umrundung der Erde über dem Äquator grosse Mengen an Wetterdaten liefern. Illustration: ESA

Die Meteosat-Satelliten der dritten Generation sind derzeit im Bau und werden bei ihrer Umrundung der Erde über dem Äquator grosse Mengen an Wetterdaten liefern. Illustration: ESA

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Die Debatte um den neuen ­Mobilfunkstandard 5G machte im vergangenen Jahr manche Schlagzeile. Nun sind auch die Meteorologen besorgt. Deren Funksysteme waren vor einigen Wochen eines der Themen an der Weltkonferenz für die Frequenzverteilung. Die Internationale Fernmeldeunion, die für Funktechnik zuständige UNO-Organisation mit Sitz in Genf, beriet darüber, wer auf welchen Wellenlängen funken darf.

Da die Menge der Frequenzen nicht beliebig ist, wird schon seit einiger Zeit um die Zuteilung gestritten. An der Wellenkonferenz wehrten sich die meteorologischen Dienste heftig dagegen, dass in unmittelbarer Nachbarschaft zu einigen von ihnen genutzten Funkkanälen 5G-Dienste erlaubt sein sollen.

Im Moment schielen die Telecomfirmen auf Frequenzen, die sich für die neue Mobilfunk­technik eignen. Der Internationale Standard für die mobile Kommunikation der Zwanzigerjahre (IMT-2020), populär als fünfte Generation (5G), soll die Nutzung der Frequenzen für die neuen Anwendungen regeln. 5G wird nicht nur wichtig für die Telefonie und all die anderen Nutzungen des Smartphones, sondern vor allem für das «Internet der Dinge». Autonome Autos beispielsweise werden ohne 5G kaum durchzusetzen sein.

Gefährdete Wetterdaten

Die Weltorganisation für Meteorologie (WMO), eine UNO-Fachorganisation mit Sitz in Genf, warnte an der Wellenkonferenz eindringlich davor, 5G-Dienste zu nahe an die Meteokanäle ­heranzulassen, ohne entsprechende Grenzwerte festzulegen. Die Qualität der Wetterprognosen und -warnungen könnte sich erheblich verschlechtern. «Wir wären um Jahre zurückgeworfen», meint der Frequenzexperte von Météo-France Eric Allaix.

Die Rede ist von der neuenGeneration der Wettersatelliten, die im Vergleich zu den gegenwärtigen Satelliten viel mehr Daten sammeln. Wetterprognosen sollen besser werden, Klimaanalysen beweiskräftiger. Die Wissenschaftler brauchen dafür bessere Instrumente, und die Verarbeitung muss schneller werden. Ein Generationenwechsel bei den Wettersatelliten soll dies jetzt verbessern: Insgesamt sind sechs neue europäische ­Satelliten als Meteosat Dritte ­Generation (MTG) im Bau.

Vier von ihnen werden vor ­allem im sichtbaren Bereich arbeiten, also Bilder liefern. Zwei dienen vorwiegend der Messung von physikalischen und chemischen Werten, wobei ein Infrarotmessgerät eingesetzt wird, wie es heute kein anderer Satellit ­besitzt. Von 2021 bis 2025 soll ein komplett neues Netz von Wettersatelliten aufgebaut werden.

Meteorologen befürchten, dass der Mobilfunk die Qualität der Wetterprognosen verschlechtert.

Seit dem Start des ersten europäischen Wettersatelliten im Jahr 1977 arbeiten Wetterdienste und Klimaforscher mit Daten aus dem Weltraum. Die Meteosat ­gehören zu den geostationären Satelliten, die über dem Äquator auf 36'000 Kilometern Höhe fix stationiert sind und die ganze Erdhalbkugel im Blick haben.

Derzeit in Betrieb ist die zweite Generation, MSG, die nun durch MTG abgelöst werden soll. MSG verwendet Satelliten, die ihre Position stabilisieren, indem sie wie Kreisel rotieren. Der Nachteil dieser Technik ist, dass die Kameras nur während fünf Prozent der Zeit wirklich auf die Erde gerichtet sind. Die Satelliten der dritten Generation rotieren nicht mehr, sondern werden anders stabilisiert. Kameras und Sensoren blicken zu hundert Prozent in die richtige Richtung.

Alle fünfzehn Minuten wird das Infrarotmessgerät aktuelle Werte zu den Bodenstationen senden. Das MTG-Instrument wird alle zehn Minuten mehrere Tausend Linien erfassen. Auch die Kameras, die Bilder auf­nehmen, arbeiten in einem Zehnminutentakt, die Sensoren für die Erkennung von Blitzen melden jeden Blitz sogar sofort. Für die Meteorologen ergeben sich neue Möglichkeiten. Die in kurzem Abstand vorliegenden Daten zeigen in vier Dimensionen den Verlauf des Wetters, ­sodass verfolgt werden kann, wie sich eine Lage entwickelt. Schon bevor die ersten Wolken ent­stehen, lässt sich an bestimmten Daten etwa erkennen, dass ein Gewitter im Aufbau begriffen ist. Wenn es dann losbricht, zeigt der Blitzsensor den genauen Ort an.

Hohe Anforderungen

Für die Wettermodelle stehen künftig mehr, präzisere und ­aktuellere Daten zur Verfügung. Die Meteorologen hoffen, fast schon in Echtzeit sehen zu können, was in der Atmosphäre läuft. Dieses sogenannte Nowcasting, wie es die Fachleute nennen, lässt Aussagen für die Gegenwart und die nächsten paar Minuten zu. Das ist wichtig etwa für ­genaue Unwetterwarnungen. Das Infrarotgerät erfasst auf mehreren Kanälen unter anderem auch Klimagase. Solche ­Informationen sind für die Klimaforschung wertvoll.

Die neuen Satelliten werden sehr viele Daten erfassen. Hohe Anforderungen werden deshalb an die Funkverbindungen zu den Bodenstationen gestellt. In Leuk im Wallis und in Lario am ­Comersee errichtet Eumetsat, die europäische Organisation für Wettersatelliten, spezielle Empfangsanlagen für MTG. Die Informationen werden von dort an die Zentrale in Darmstadt weiter­geleitet, wo die Aufbereitung ­erfolgt. Anschliessend fliessen die Daten zu den Anwendern und dienen beispielsweise für die ­regelmässige Aktualisierung von Wettermodellen.

Die Verbindung von MTG nach Leuk steht allerdings nicht im Zentrum des Streits um die Funkkanäle, wie Markus Dreis, Frequenzexperte von Eumetsat, erklärt. Die Antennenfarm in Leuk, von der aus zu zahlreichen Satelliten verschiedenster Kunden Kontakt gehalten wird, ist geografisch so platziert, dass kaum Störungen zu befürchten sind. Die von MTG genutzte Frequenz für die Infrarotmessungen ist ebenfalls nicht gefährdet.

Störung durch Mobilfunk

Probleme sehen die Meteoro­logen dagegen bei Satelliten, die auf tiefen Umlaufbahnen um die Erde kreisen und wichtige Daten sammeln. Eumetsat betreibt solche Satelliten (Kurzbezeichnung EPS und in Zukunft EPS-SG),die über die Pole laufen, es sind wichtige Elemente des europäischen Wetternetzes. Manche der Messgeräte arbeiten aktiv mit Radar, etwa zur Vermessung der Meeresoberfläche, andere arbeiten passiv, ohne eigene Signale auszusenden.

Passive Sensoren messen von bestimmten Stoffen die jeweils typische Eigenfrequenz der Moleküle. Diese Signale sind sehr schwach und nur mit empfindlichen Messgeräten zu entdecken. Ein kräftiges Signal etwa eines Mobilfunksenders macht die passive Messtechnik schon unmöglich, wenn es auf einem Nachbarkanal stattfindet. Wie wenn der Wohnungsnachbar laut Musik hört und diese die Musik in der eigenen Wohnung stört, umschreibt Frequenzexperte Eric Allaix in einem Interview das Phänomen.

Vom Appetit der Telecom­firmen sind vorderhand bestimmte Frequenzen auf dem amerikanischen Kontinent betroffen. Es sind ausgerechnet Frequenzen, welche für die passiven Sensoren äusserst wichtig sind, weil sie beispielsweise den Wasserdampf erfassen können.

Die 160 Nationen, die an der Wellenkonferenz teilnahmen, beschlossen striktere Regeln für 5G in der Nähe des heiklen Meteofrequenzbereichs bei 24 Gigahertz – allerdings gelten sie erst für 5G-Anlagen, die nach dem 1. September 2027 in Betrieb gehen. Die WMO befürchtet nun, dass die Industrie sich beeilt, noch vor diesem Datum Frequenzen für 5G zu beanspruchen, welche die Wettermessungen gefährden.

Erstellt: 05.01.2020, 18:34 Uhr

Schweizer an Meteosat-Programm beteiligt

Das Forschungs- und Entwicklungszentrum CSEM in Neuenburg ist an dem europäischen Meteosat-Programm, das eine ganze Familie neuer Satelliten umfasst, beteiligt. Von 2021 bis 2025 soll ein komplett neues Netz von Wettersatelliten aufgebaut werden. Die Neuenburger Ingenieure wurden mit der Entwicklung des hoch­präzisen Positionierungs­mechanismus des neuen Infrarotmessgeräts beauftragt.

Bei dem CSEM-Gerät für die Meteosat-Satelliten der dritten Generation geht es darum, einen Sensor zu bewegen, der zeilenweise die Infrarotstrahlung der Erdober­fläche zur Temperatur­bestimmung abtastet. Er muss sich dabei jeweils um 132 Millimeter bewegen, sehr exakt, ohne Abnützungs­erscheinungen und ohne Kräfte auf die Messplattform zu übertragen.

CSEM hat mit der sogenannt flexiblen Präzisionsmechanik bereits jahrzehntelange Erfahrung. Sie eignet sich besonders für die Raumfahrt, weil auf ein Schmiermittel verzichtet werden kann. Ein ähnliches Satelliteninstrument, an dem das CSEM ebenfalls mitgewirkt hat, ist seit 2006 im Einsatz. Es habe bisher anstandslos fast eine Milliarde Zyklen bewältigt, sagt Fabien Droz, Leiter der wissenschaftlichen Instrumentation am CSEM. Die in Neuenburg entwickelte Technik interessiertauch die Uhrenindustrie, die bei Spitzenprodukten wieder auf Mechanik setzt.

Die bekannten Wettersatellitenbilder täuschen. Sie zeigen Wolken als Flächen, dabei ist Wetter eine dreidimensionale Angelegenheit mit dem Faktor Zeit als vierte Dimension. Das neue Infrarotgerät wird Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Wind auf verschiedenen Höhen ermitteln und so ein drei­dimensionales Bild der Atmosphäre erzeugen. (jä)

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