Wetterbeeinflussung in North Dakota - Flugzeug und Radar Betrieb Darin Langerud, NDARB Direktor

Wetterbeeinflussung
 in North Dakota
    Flugzeug und Radar Betrieb

    Darin Langerud, NDARB Direktor
 Reutlingen, Deutschland– 19. März 2015

Agenda

   North Dakota Projekt zum Wolkenimpfen in 2015
   NDCMP Flugzeuge und Impfmethoden
   Impfprozess und Kosten
   Wetterradar Betrieb
   Schlussfolgerungen

Pläne für 2015 NDCMP

 2015 NDCMP wird 7 Landkreise abdecken und mehr
  als 11500 Quadrat Meilen im westlichen Teil N.D.
   Der Landkreis Burke county kommt in 2015 neu hinzu
 Der Betrieb ist in zwei Gebiete untergliedert
   1 Distrikt: Landkreis Bowman und Teile des Landkreises
    Slope
     2 Flugzeuge, Wetterradar
   2 Distrikt : Landkreise Burke, McKenzie, Mountrail, Ward
    und Williams
     6 Flugzeuge, Wetterradar

Pläne für 2015 NDCMP

 Ziele: Hagelabwehr, Erhöhung des Niederschlags
 760 Flugstunden budgetiert
 2015 NDCMP Budget: $1.025.000 US
    $674.000 US Landkreise, $351.000 US Bundesland
    $0,139 US/Acre
 Impfbetrieb: 1 Juni bis 31 August eines jeden Jahres

NDCMP Projekt Bereiche

Täglicher Betriebsablauf

 Tägliche Einsatzbesprechungen
   Einsatzbesprechung zwischen den Meteorologe
   Einsatzbesprechung zwischen den Piloten und den
    Radar Meteorologen
 Tägliche Einsatzplanung für die Piloten
   2 Distrikt: Zwei Crews in Einsatzbereitschaft (Standby)
   1 Distrikt: Eine Crew in Einsatzbereitschaft (Standby)
     Einsatzbereitschaft bedeutet, dass die Standby Flugzeuge
      innerhalb von 15 Minuten starten müssen falls die Meteorologen
      einen Start anordnen.

Kriterien zum Impfen der Wolken

  Wolkenposition
    Wolken sind bereits im Schutzgebiet oder auf dem Weg in das
     Schutzgebiet
  Zugang zu den Wolken
    Wolken ohne Gefahr sicher zu erreichen
  Physikalische Vorgaben
    Vorhandene Wolke muss mäßig unterkühlt sein mit einer
     Wolkentemperatur zwischen -5° bis -10°C.
    Es müssen entsprechende Aufwinde vorhanden sein
    Die Wolke muss unterkühltes flüssiges Wasser beinhalten, und
    es darf keine signifikante Menge natürliches Eis bereits vorhanden sein.

Beste Position zum Impfen an der
              Wolkenbasis

 Gleichmäßige Wolkenform,
  Regen freie Wolkenuntergrenze
 Isolierter Wolkenbereich und
  sehr wahrscheinlich im
  vorderen Bereich des Sturms.
 Suche nach mittleren
  Seitwerten im Bereich um 500
  ft/min (2,5 - 3 m/s)
 Vermeide die
  Hauptaufwindzone des
  Gewitters.

Piper Seneca II

Technologien für das Impfen an der
             Wolkenbasis

Generator am Tragflächenende   Stationäre Fackeln

Generatoren am Tragflächenende

  Primäre Impfmethode für das Impfen an der
   Wolkenbasis.
  Verbrennen von Silberjodid Aceton Lösung
   (Tankinhalt ~ 26 Liter)
  Gefrieren von Kondensationskeimen
    Kondensationskeime ziehen Wasserdampf an, bilden
     eines Tröpfchens , gefrieren bei wärmeren
     Temperaturen.
    4X1011 (400 Milliarden) @ -6°C, 1014 (100 Billionen) @ -
     10°C (per g AgI)

Generatoren am Tragflächenende

  Dauer bis zur Eisbildung:
   (63,2%): 5 min @ -6°C, 8 min @ -
   10°C (wahrscheinlich etwas
   schneller und natürlichen
   Bedingungen)
  Vorteil: bis 2,5 Std Dauerbetrieb;
   produziert die meisten Eiskeime
   pro Gramm Silberjodid bei -10°C;
   günstigste und effizienteste
   Lösung
  Nachteil: Zuverlässigkeit der
   Generatoren und
   Wartungsprobleme; weniger
   Eiskeime bei wärmeren
   Temperaturen

Fackeln

 Zweite Impfmethode zum
  impfen der Wolken.
 AgI Eiskeimbildung durch
  verbrennen einer
  Chemiemischung (75 g pro
  Fackel)
 12 Fackeln pro Tragfläche,
  24 pro Flugzeug

Fackeln

 Eiskeimbildung Kondensation Gefrierung
   1011 (100 Milliarden) @ -4°C, 6X1012 (6 Billion) @ -6°C,
    3X1013 (30 Billion) @ -10°C (per g Pyrotechnik)
   90% Eisbildungszeit: ungefähr 1,5 Minuten@ -6 bis < 1
    Minute @ -10°C
 Vorteil: Hohe Anzahl von Eiskeimen in einer sehr
  kurzen Zeit
 Nachteil: nur 48 Minuten Brenndauer bei 24
  Fackeln; deutlich höhere Kosten im Vergleich zu
  Generatoren

Fackeln im Vergleich mit Generatoren

  Bei einer durchschnittlichen Gewitterzelle zum Impfen zur
   Hagelvermeidung, Fackeln erzeugen genügend #Eiskeime
   @ ~ -5°C, Generatoren@ ~ -7°C
  Bei einer Steigrate von 3m/s (~600 ft/min) Fackeln
   produzieren die gewünschten # aktiven Eiskeime ~2
   Minuten schneller (sät. adiabatischer Verlauf)
  JEDOCH, Untersuchungen zeigen, dass eine gute
   Verbreitung primär durch Vermischung im oben Bereich
   der Wolken stattfindet, reduziert diesen Vorteil.

Fackeln im Vergleich mit Generatoren

  Ein andere Ansatz ist, mehr Eiskeime sind besser als
   weniger
    Bei Temperaturen kälter ~ -7°C, Generatoren produzieren
     mehr als Genug für das 10/Liter Kriterium
  NDCMP Vorgaben: Bei einer späten Ankunft an einer
   Gewitterzelle oder bei sehr starken Gewittern sollte
   zuerst mit Fackeln geimpft werden.

Cessna 340A

Impfen der Wolken im oberen
      Bereich (Top Seeding)
 Eine anwachsende Vorbewölkung mit klar definierte
  Kanten
     Wolken-Temperatur im oberen Bereich der Wolke -5 und -10°C
     Wolken sollten einen anhaltend Aufwind vorweisen
     Wolke muss stark unterkühltes Wasser beinhalten
     Gewitterzelle sollte noch kein natürliches Eis gebildet haben.
 Vorbewölkung kann isoliert sein, auf der Sturmflanke der
  Zelle, oder eingebettet im Amboss
 Der Impfvorgang wird durch Einflug in die Wolke
  durchgeführt oder durch Überflug der entsprechenden
  Bewölkung wenn die Bedingungen bekannt sind
   Überfliegen der Wolken wird die Eisbildung am Luftfahrzeug
    reduzieren und erlaubt ein längeres Impfen der Wolke von
    oben.

Beechcraft King Air C90

Trockeneis Ladewanne

Trockeneis Pellets

            2.54 cm

Trockeneis

 Primäre Impfmethode für das Impfen der Wolken
  von oben
   Das Trockeneis wird zuerst aufgebraucht
 1/4 in. (6 mm) Pellets werden abgeworfen durch
  den Bauch des Flugzeuges
 Abwurfrate: 12 Pounds pro Minute (~1.3 kg/Min)
 Pellets erzeugen homogene Eiskeime durch den
  Vorzug Ihrer extrem kalten Temperatur. (-109°F/-
  78°C)

Trockeneis

 1012 (1 Billion) Eiskristalle werden pro Gramm
  produziert
 Vorteil: die Effizient ist bei -1°C fast wie bei -
  10°C; die Eiskeimbildung findet ohne
  Verzögerung statt, sehr geringe Kosten
 Nachteil: es schmilzt weg während des Fluges,
  daher wird es zuerst aufgebraucht; Verteilung
  nicht so gut wie bei Anwendung von
  Abwurffackeln

Trockeneis Impfung Film

Abwurffackeln

Fackeln

Abwurffackeln

 Eiskeimbildung durch Kondensation (Gefrierung)
   1011 (100 Milliarden) @ -4°C, 6X1012 (6 Billion) @ -6°C, 3X1013
    (30 Billionen) @ -10°C (pro g Pyro)
   90% Dauer bis zur Eiskeimbildung: Ungefähr 1,5 Minuten @ -
    6 bis < 1 Minute @ -10°C
 Vorteil: Bessere Verteilung als Trockeneis ; 306 Stück
  verfügbar pro Flug
 Nachteil: Langsamere Wirksamkeit und teurer als
  Trockeneis

Umwelteinflüsse
 Einschlägige Literatur sagt keine negativen
  Umwelteinflüsse durch Silberjodid Aerosole
 Proben zum Nachweis des Silbergehaltes zeigen typischer
  weise weniger als 0,01 Mikrogramm/Liter Wasser. Dies ist
  weit unter der Grenze von 50 Mikrogramm/Liter Wasser in
  den USA (U.S. Public Health Service)
 Silberjodid Aerosole, sind im Boden nicht biologisch
  nachweisbar, da sie sich mit anderen Substanzen in der
  Atmosphäre vermischen
 Die WMA stellt unter folgender Adresse ein Positionspapier
  bereit:
 www.weathermodification.org/images/AGI_toxicity.pdf

NDCMP Impfraten

 Generatoren: 3 Gallonen, oder 185 Gramm AgI pro
  Stunde; Dauerbetrieb
   Typischerweise, ein Generator zur Regen Gewinnung,
    beide Generatoren zur Hagelvermeidung
 Fackeln: 75 Gramm pyrotechnischen Material pro
  Fackel, Anwendung durch den Meteorologen in
  Beratung mit dem Piloten.

NDCMP Impfraten

 Trockeneis: ~12 Pfund, oder 5.4 kg pro Minute; Auswurf im
  Aufwind
   Regen: 2 bis 10 Sekunden Sequenzen in der Aufwindzone
   Hagel: Dauerbetrieb in der Aufwindzone
 Abwurffackeln: Abwurf von 20 Gramm pyrotechnische
  Fackeln durch den Piloten
   Regen: Eine Fackel pro Vor-Bewölkung, oder alle 30 Sekunden
    eine
   Hagel: Eine Fackel alle 2 – 5 Sekunden abhängig von der
    Aufwindzone und SLW

Seeding Agent Use/Cost-2013

Impfzeiten
Früher    Später

Radar Betrieb
 NDCMP verwendet 2 WSR-74C
  Radargeräte
   5 cm Wellenlänge
   Einfache Polarisierung
 Betrieb im Volume-Scan Mode
   14 Kippbewegungen pro Volumen, 6
    Minuten Updates
 TITAN und IRIS Software
 Real-time Flugzeug Trecking
 Funkverbindung zwischen Pilot und
  Meteorologe

Radar Betrieb/Sicherheit Kriterien

  Radarüberwachung durch Meteorologen
  Bereitschaftszeiten 24/7, für alle
  Die Meteorologen überwachen die Wetterbedingen,
   bestimmen den Start der Flugzeuge und koordinieren
   den Impfbetrieb
  Kriterien für das Einstellen des Impfbetriebs:
    NDCMP Regeln verbieten das Impfen eines Tornados
     oder vergleichbaren Sturms
    Kein Impfen bei Blitz-Überschwemmungswarnungen

2014 Distrikt 2 Flüge

496,69
Flugstunden

Schlussfolgerungen

 Die Hagelabwehr hat eine lange und erfolgreiche
  Historie in North Dakota
   Landkreis Burke kommt in 2015 hinzu
 Es gibt verschieden Optionen zum Impfen der
  Wolken, jede mit Stärken und Schwächen
 Das rechtzeitige Impfen von konvektiven Wolken zur
  Hagelvermeidung ist wichtig für den Erfolg
 WMA Treffen in Fargo – 22-24 April 2015

Danke!