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。
全 文 ：第 26 卷第 9 期
2006 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 26 ,No. 9
Sep. ,2006
用手机网络信号监测天气状况
张称意 ,陈德亮 ,董文杰
(中国气象局国家气候中心 ,气候研究开放实验室 ,北京 100081)
基金项目 :中国气象局气候变化专项资助项目
收稿日期 :2006208209
作者简介 :张称意 (1962～) ,男 ,内蒙古人 ,博士 ,研究员 ,主要从事气候变化影响与反馈和陆地碳贮藏的研究. E2mail :zhangchy @cma. gov. cn
Foundation item :The project was supported by special Fund for Climate Change in China Meteorological Administration
Received date :2006208209
Biography :ZHANG Cheng2Yi , Ph. D. ,Professor , manily engaged in feedback of terrestrial ecosysten to climate change. E2mail :Zhangchy @cma. gov. cn
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。
关键词 :手机网络信号 ;降雨监测 ;天气状况 ;空间分辨率
文章编号 :100020933(2006) 0923156202 中图分类号 :P461 ,P46313 文献标识码 :A
Weather Monitoring by the Signals of Mobile Communication Networks
ZHANG Cheng2Yi , CHEN De2Liang , DONG Wen2Jie ( Laboratory for Climate Study , National Climate Centre , China Meteorological
Administration , Beijing 100081 , China) . Acta Ecologica Sinica ,2006 ,26( 9) :3156～3157.
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.
Key words :mobile communication network ; precipitation monitoring ; weather condition ; spatial resolution
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。
References :
[ 1 ] GSMA , GSM Association 2006. http :ΠΠwww. gsmworld. comΠdocumentsΠgsm
-
brochure. pdf
[ 2 ] Lin W J , Zhang C , Wang P , Cong X. Wang , 2005 : Study on GPS precipitation forecast system for river catchments based on GA - ANN model ,
Geoscience and Remote Sensing Symposium. IGARSS ’05. Proceedings , 2005 , 7 :5092～5095.
[ 3 ] Messer H A , Zinevich & Alpert P. Environmental monitoring by wireless communication networks. Science , 2006 ,312 : 713.
[ 4 ] IEEE. Technical Requirements for Fixed Radio Systems Operating in the Bands 3816～4010 GHz. IEEE , 1999 , 802 ,16cc299Π19.
[ 5 ] Intelsat . Cellular Backhaul Network (5Π04Π4903) . www. intelsat . comΠmobile ,2006
75139 期 张称意 等 :用手机网络信号监测天气状况