Zu Ökonomik von Wettermanipulationen: Beabsichtigte Wetterbeeinflussung von Wolken

Inhaltsverzeichnis

Darstellungsverzeichnis

Symbolverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Meteorologische und technische Grundlagen
2.1 Niederschlagsbildung
2.2 Methode der Niederschlagslenkung
2.2.1 Verlagerung der Eisphase: Niederschlagsauslösung
2.2.2 Zerstörung der Wolkenstruktur: Niederschlagsunterdrückung

3 Beispiele der Wettermanipulation
3.1 Motivation zur Anwendung in der Wirtschaft
3.2 Anwendung in der Landwirtschaft
3.2.1 Niederschlagsauslösung
3.2.2 Hagelvorbeugung
3.2.3 Niederschlagsauflösung in Brandfällen
3.3 Anwendung im Dienstleistungssektor
3.3.1 Nebelauflösung
3.3.2 Lenkung der Schneemassen
3.3.3 Festtagswetter
3.3.4 Schönwetter bei kommerziellen Veranstaltung
3.4 Wettermacher als Wirtschaftszweig

4 Anwendungsmöglichkeiten in Deutschland
4.1 Fallbeispiel: Fußballweltmeisterschaft 2006 in Deutschland
4.2 Grenzen der möglichen Anwendungen

5 Fazit

Anhang

Literaturverzeichnis

Darstellungsverzeichnis

Tabelle 1: Übersicht über Einsatzdauer und Verbrauch an Agenzien. Quelle: www.attech.ru V

Abbildung 1: Natürliche und künstliche Eisbildung in einer Wolke (Tank 1985, S. 104) 3

Symbolverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Das Wetter spielt in unserem Leben eine große Rolle. In der Landwirtschaft bestimmt der Niederschlag die Ernte. Für die Tourismusbranche ist das Wetter ein entscheidender Wirtschaftsfaktor der über die Auslastung der Kapazitäten mitentscheidet und eine wesentliche Größe bei der Personal- und Ressourcenplanung darstellt. Von der Wetterbeeinflussung spricht man, wenn man die Möglichkeit der Veränderung von Wetterphänomenen auf einem begrenzten Gebiet innerhalb eines bestimmten Zeitraumes beschreiben will (Klage 2003). In der Wissenschaft wird über unterschiedliche Methoden zur künstlichen Wetterbeeinflussung gesprochen. In dieser Seminararbeit wird nur die Möglichkeit der Niederschlagsbeeinflussung zur ökonomischen Analyse herangezogen.

Diese Seminararbeit soll eine Überblick über praktizierte Wettermanipulation in der Wirtschaft schaffen und eine mögliche Anwendung in Deutschland betrachten. Im zweiten Kapitel wird die wird die Theorie der Wirkungsweise der Methode der Wolkenmanipulation vermittelt. Den Überblick über die praktischen Anwendungen dieser Methode und deren ökonomischen Betrachtung stellt das dritte Kapitel dar. Das vierte Kapitel beschäftigt sich mit der Frage, ob eine Anwendung in Deutschland zum Zwecke des Schönwetters im Dienstleistungssektor Anwendung finden kann. Die Arbeit wird mit einem Fazit abgerundet.

2 Meteorologische und technische Grundlagen

2.1 Niederschlagsbildung

Die Niederschlagsbildung ist ein rein physikalischer Vorgang. Die erhitzte Luft nimmt beim Aufsteigen Wasserdampf auf bis der Sättigungsgrad^[1] erreicht ist. In der Höhe kühlt sich das Luftpaket ab und der Wasserdampf kondensiert. Die Kondensationströpfchen setzen sich an natürlich vorhandenen Kondensationskernen (kleine Staubkörper oder Meersalzkristalle) ab (Klage 2003, S. 34ff.). Aufgrund ihres geringen Durchmessers sind sie besonders leicht und schweben fast frei (Max-Plank-Institut o. D.). Damit es zum Niederschlag kommt müssen die Tröpfchen fest sein. Die feste Phase erreichen sie entweder wenn sie selbst zu Eiskristallen gefrieren (durch weiteren Aufstieg) oder von einem Eiskristall aus hochragenden Wolken auf dessen Sinkflug durch das Wolkeninnere fest angefroren werden. In der Atmosphäre beginnt die Eisphase erst bei -10°C.^[2] Die Wolke muss also immer schon so hoch aufsteigen, dass sie auf unter -10°C abgekühlt ist (Tank 1985, S. 104). Ob der Niederschlag dann als Regen, Schnee oder Hagel auf der Erde ankommt, hängt von der Temperaturschichtung unterhalb der Wolke ab.

Durch künstliche Einflussnahme besteht die Möglichkeit das Wetter zu manipulieren indem man den Prozess der Niederschlagsbildung im Wolkeninneren aktiviert oder unterdrückt bzw. verlangsamt. Beide Varianten werden im Kapitel 2.2 erläutert.

2.2 Methode der Niederschlagslenkung

2.2.1 Verlagerung der Eisphase: Niederschlagsauslösung

Erreicht die Wolke die Eisphase zum gegebenen Zeitpunkt nicht, kann es nicht zum Niederschlag kommen. Die Wolke regnet sich entweder zum späteren Zeitpunkt aus oder zieht weiter und regnet sich im Zielgebiet aus. Verlagert man in der kalten Wolke (T<0°C)^[3] durch Zusatz von Kristallisationskeimen die Eisphase in tiefere Schichten, kann man vorzeitig Niederschlag auslösen. Folglich auch den Zeitpunkt und den Ort des Niederschlags bestimmen. Diese Prozedur bezeichnet man als „Wolkenimpfen“. Abbildung 1 zeigt schematisch die künstliche Verlagerung der Eisphase in einer Wolke. Durch diese Art von Niederschlagsauslösung entsteht in der Summe kein zusätzlicher Wassergehalt in der Wolke, sondern die bereits natürlich enthaltene Wassermenge soll der Wolke entnommen werden.^[4]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Natürliche und künstliche Eisbildung in einer Wolke (Tank 1985, S. 104)

Als Agenzien eignen sich bestimmte hygroskopische^[5] Stoffe (z. B. Silberjodid AgI, Bleijodid PbI, Kaliumjodid KI) und Kältemittel (Kohlendioxid CO2, Stickstoff N2). Eine besondere Stellung unter den zahlreichen Substanzen nimmt Silberjodid (gelb-grünliches Salz) ein, da es die angezogenen Tröpfchen bereits ab –4,5°C in Eis umwandelt und schon in geringeren Mengen^[6] wirksam ist. Grundsätzlich kann das Silberjodid vom Boden aus durch Abschießen mit Impfstoff gefüllten Raketen (15-20 gr. bis mehreren kg.) oder vom Flugzeug aus in die Luft transportiert werden. Bei der modernen Flugzeug-Variante kann die Freisetzung des Impfstoffes über Generatoren^[7] oder pyrotechnische Fackeln^[8] erfolgen. Im Niederschlag auf dem Boden ist das verwendete Silberjodid fast nicht mehr nachweisbar, sodass eine schädliche Auswirkung auf Menschen und Umwelt ausgeschlossen werden kann (Hagelabwehr Rosenheim o. D.). Selbst bei Personen, die über längerem Zeitraum wesentlich stärkeren Silberjodidkonzentrationen ausgesetzt waren, konnten keine nachteiligen Folgen festgestellt werden (Breuer 1976, S. 133). Die chemische Verbindung zerfällt unter direkter Sonneneinstrahlung nach ca. 40 min in Silber und Jod und wird wirkungslos (Hagelabwehr Krems-Langenlois o. D.).

Die Zufuhr von Kältemitteln wie Kohlendioxid (fest oder flüssig) und Stickstoff (flüssig) führt zur Bildung von Eiskristallen. Die unterkühlten Wassertröpfchen werden bis zur Vereisung abgekühlt. Beide Stoffe kommen in der Atmosphäre vor und sind unter Umweltgesichtspunkten unbedenklich. Die Sprühung bzw. Streuung erfolgt vom Flugzeug aus. Nach Freisetzung werden beide Stoffe gasförmig.

2.2.2 Zerstörung der Wolkenstruktur: Niederschlagsunterdrückung

Damit große konvektive Wolken keinen Niederschlag liefern, muss die innere Struktur der Wolke zerstört werden bzw. deren Entwicklung unterdrückt werden (ATTECH o. D.). Als Reagens eignet sich Grobdispersionspulver^[9]. Das Pulver wird auf die Wolkenspitze gestreut. Die relativ trockene Luft oberhalb der Wolke strömt in das Wolkeninnere rein. Dieser Luftstrom sorgt für Temperaturumschichtung innerhalb der Wolke und verhindert bzw. zerstört die Wolkenstruktur bei der es regnen könnte. Ein solcher Eingriff führt zur teilweisen bis ganzen Auflösung der Wolken ohne Niederschlag zu liefern. Die mit dem Pulver (am häufigsten Zementpulver) gefüllte Pakete mit Selbstöffnungsmechanismus werden vom Flugzeug aus auf die Wolke geworfen. Das Pulver schwebt in der Atmosphäre und kommt beim nächsten Niederschlag auf die Erdoberfläche.

3 Beispiele der Wettermanipulation

3.1 Motivation zur Anwendung in der Wirtschaft

Für einen Wirtschaftsteilnehmer stellt sich die Frage ob die Ausnutzung der Möglichkeit zur Wetterbeeinflussung ihm einen praktischen Nutzenvorteil bringen kann. Obwohl die Messung des tatsächlichen Nutzenvorteils schwierig ist, liegt dieser in der Landwirtschaft meistens weit über den Kosten der Durchführung (Dennis 1980, S. 228). Die Zielsetzung, Wettermanipulation zu betreiben, können in zwei Gruppen unterteilt werden:

- Ertragsmaximierung (z. B. durch zusätzlichen Niederschlag) und
- Schadensminimierung (z. B. durch Verhinderung von Schadenwetter).

Attraktiv ist die Durchführung, wenn die Kosten der Maßnahme geringer sind als der Nutzen (zusätzlicher Ertrag bzw. Schadensminderung) und dieses Rentabilitätsverhältnis signifikant ist. Dabei wird sich der Wirtschaftteilnehmer nur aufgrund der Gegenüberstellung von Brutto-Nutzen und operativen Kosten entscheiden. Das Rentabilitätsverhältnis lässt sich wie folgt berechnen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Werden die anfallenden Kosten für Forschung und Entwicklung der Maßnahme vom öffentlichen Sektor getragen und negative Externalitäten nicht berücksichtigt, so sind die direkten Kosten der Maßnahme für den Nutznießer ziemlich gering (Sonka 1978). Negative externe Effekte entstehen in diesem Zusammenhang, wenn einem anderen Wirtschaftsteilnehmer durch die Anwendung der Wettermanipulation ein Schaden entsteht. Positive Externalitäten können als Folge einer Schadensabwehr zu Stande kommen. Ein privater Entscheidungsträger, der als Gewinnmaximierer agiert, wird diese Externalitäten nicht in seine Kosten-Nutzen-Analyse einbeziehen. Ebenfalls wird er nicht berücksichtigen, dass ein höheres Angebot aufgrund des zusätzlichen Ertrages sich auf den Preis niederschlägt. So ist der gesellschaftliche Nutzen der Wettermanipulation bei negativen Externalitäten kleiner ist als der private Nutzen des Wirtschaftsteilnehmers, und bei positiven Externalitäten größer ist.

3.2 Anwendung in der Landwirtschaft

3.2.1 Niederschlagsauslösung

In Dürreregionen der Erde (Südregionen Kanadas, Russland, USA) mit großem landwirtschaftlichem Getreideanbau wird bei günstigen Impfsituationen meistens von kommerziellen Unternehmen (Regenmacher) routinemäßig Niederschlag ausgelöst. Ein künstliche Regenerzeugung ist erst dann wirtschaftlich, wenn ein großflächiges Territorium bearbeitet wird –ab 100.000 Hektar (Stasenko 2003). In Südgegenden Russlands werden so sechs Mil. Hektar mit Regen versorgt (Stasenko 2003).

In der Landwirtschaft ist Niederschlag während der Wachstumszeit der Pflanzen ein Faktor des Ernteertrags. Durch zusätzlichen Regen kann die optimale Bodenfeuchte im Saisonverlauf reguliert werden und der Ernteertrag gesteigert werden.^[10] Eine solide Kosten-Nutzen-Analyse ist für die Landwirtschaft sehr schwierig, da u. a. der zusätzlichen Menge an Wasser nicht genau der entsprechende Ernteanteil zugeordnet werden kann. Die Auswirkung der künstlichen Niederschlagserzeugung auf den Ernteertrag in einer Vegetationsperiode kann entweder in Relation zum Ernteertrag der Vorperiode oder zum Erntertrag eines nicht geimpften Gebietes ermittelt werden. Eine Ertragsabweichung von +12% bei 40%-gen Niederschlagsvermehrung wird für GUS angegeben (Müller 1996, S. 12). Die Mehrproduktion des Weizens in Südgegenden von Kanada bei 10%-ger (30%) Niederschlagsvermehrung wird mit 2-3% (5-7%) angegeben (Müller 1996, S. 12). Nach einer Berechnung von Stasenko (2003) kostet eine Tonne des zusätzlich erzeugten Niederschlags, unter der Berücksichtigung des positiven Effekts infolge der Aufbewahrung und späteren Verwendung des überflüssigen Wassers, bei ca. 0,01 bis 0,02 EUR^[11].

Allerdings können mögliche Interessenkonflikte nicht ausgeschlossen werden. Probleme können entstehen wenn Kulturen in einer Region angebaut werden die zu unterschiedlichen Zeiten Regen benötigen oder ein anderer Wirtschaftsteilnehmer eine Freilicht-Veranstaltung während der künstlichen Regenzeit plant.

[...]

^[1] Die kalte Luft kann weniger Wasserdampf aufnehmen als die warme. Irgendwann wird aufgrund der beim Aufsteigen erfolgten Abkühlung eine Temperatur erreicht, bei der die Luft kein Wasserdampf mehr aufnehmen kann.

^[2] Die Kondensationströpfchen im Bereich zwischen 0°C und -10°C sind unterkühlt und damit zu schnellen Eisbildung bereit (Tank 1985, S. 105).

^[3] Eine mögliche Niederschlagsauslösung aus den warmen Wolken (T>0°) durch Tröpfchenwachstum wird in dieser Seminararbeit nicht betrachtet.

^[4] Keine chemische Reaktion, sondern ein rein physikalischer Vorgang.

^[5] Stoffe, die die Eigenschaft haben Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen.

^[6] Ein Gramm Silberjodid produziert zwischen vier und sechs Billiarden Eiskeime (Klage 2003, S. 191).

^[7] Die mit Silberjodid angereicherte Acetonlösung wird über auf einem Flugzeug montierte Generatoren (=Brenner) während des Fluges bei etwa 1.000°C verbrannt. Das Aceton verbrennt vollständig und die Silberjodid-Kristalle bleiben in der Luft (Hagelabwehr Rosenheim o. D.).

^[8] Pyrotechnische Fackeln oder Patronen mit Silberjodidanteil (eingesetzt in eine auf dem Flugzeug montierten Batterie) werden während des Fluges abgefeuert.

^[9] Dispersion: ein aus zwei oder mehreren Phasen bestehendes Stoffsystem.

^[10] Allerdings kann eine zu hohe Bodenfeuchte durch zusätzlichen Regen zu Ertragseinbußen führen (Müller 1996).

^[11] Korrespondierend zur russischen Währung: 0,30-0,50 Rubel bei einem Wechselkurs von 1€/30Rubel.