mar356 - Ozean-Klima-Umweltphysik (Vollständige Modulbeschreibung)

Die Vorlesungen behandeln die grundlegenden Prinzipien der Strömungsdynamik und der Atmosphärenphysik, wobei von einfachen physikalischen Gesetzen bis hin zu komplexen Klimamodellen und Fernerkundungsdaten vorgegangen wird. Zunächst werden die grundlegenden Gleichungen des Transports und der Turbulenz in flüssigen Medien vorgestellt und ihre Anwendungen bei der Modellierung der Meereisdynamik und der Ozeanzirkulation veranschaulicht. Die Rolle des Windes, der Corioliskraft und des Ekman-Transports beim Antrieb der Ozeanzirkulation wird erläutert. Die Vorlesungen führen auch in die physikalischen Gesetze ein, die die Gasdynamik in der Atmosphäre regeln, und zeigen auf, wie diese Gesetze vertikale Druck- und Temperaturgradienten in atmosphärischen Schichten erzeugen, wie diese Gradienten durch die Anwesenheit von Wasserdampf beeinflusst werden, und wie der Verlust der Stabilität der Luftsäule globale Wind-, Bewölkungs- und Niederschlagsmuster erzeugt.
Der Energiehaushalt der Erde wird anhand einer Reihe von Modellen untersucht, die von einfach bis komplex reichen und Einblicke in die Temperaturverteilung und den Treibhauseffekt geben, wobei der Schwerpunkt auf der Rolle von CO2, Wasserdampf und anderen Treibhausgasen liegt. Darüber hinaus werden in den Vorlesungen Klimaindizes wie z.B. die Südliche Oszillation, die Nordatlantische Oszillation, der Niño 3 Index, und ihre Beziehungen zu globalen Klimamustern wie El Niño, La Niña sowie zur Variation des Jetstreams, des Indischen Monsuns, der thermohalinen Ozeanzirkulation und der Bildung von Nordatlantischem Tiefenwassers diskutiert. Schließlich werden die Prinzipien der Fernerkundung, verschiedene Sensortypen und Methoden zur Korrektur von Satellitendaten erforscht, um ihre Bedeutung für die heutige Klimawissenschaft zu unterstreichen.

Fachkompetenzen

Die Studierenden:

- kennen und verstehen die grundlegenden partiellen Differentialgleichungen im Rahmen der Strömungsmechanik (z.B. Kontinuitätsgleichung, Navier-Stokes-Gleichung, verschiedene Formen der thermischen Zustandsgleichung)

- verstehen die grundlegenden Prozesse, die das Klimasystem regulieren.

- kennen und verstehen einführende Anwendungen der physikalischen Ozeanografie wie z.B. die wind-getriebene Zirkulation des Ozeans oder den Ekmantransport

- kennen wichtige Klimaindizes und Prozesse, die die Variabilität und Dynamik des Klimasystems auf verschiedenen Zeitskalen bestimmen

- kennen die grundlegenden physikalischen Bedingungen für das Auftreten von ausgewählten Klimaphänomenen

- verfügen über ein grundlegendes Verständnis der Methoden der Fernerkundung des Klimasystems

- verfügen über ein grundlegendes Verständnis in der Modellierung des Klimasystems

Methodenkompetenzen

Die Studierenden:

- verstehen die grundlegenden Prinzipien, die die Zirkulation und die Temperatur des Ozeans und der Atmosphäre sowie die Wechselwirkungen zwischen diesen Kompartimenten bestimmen.

- können das Softwaresystem MATLAB in grundlegenden Zügen bedienen und auf die Bearbeitung wissenschaftlicher Fragestellungen im Rahmen einiger Vorlesungsthemen anwenden

- verfügen über einführende Kenntnisse in der Anwendung und Arbeit mit gewöhnlichen und partiellen Differentialgleichungen

Sozialkompetenzen

Die Studierenden:

- lösen die Probleme und Anwendungsaufgaben u.a. in Kleingruppen

- präsentieren ihre Lösungen der Probleme öffentlich im Rahmen der Übungen

Selbstkompetenzen

Die Studierenden: 

- reflektieren ihre Lösungen u.a. während der Präsentation und im öffentlichen Diskussionsprozess

- lernen fachliche Hürden und persönliche Unzulänglichkeiten auszuhalten und durch eigene Anstrengungen zu überwinden

- Einführung in das Klimasystem

- Messmethoden der Erdbeobachtung

- Strahlung und Strahlungstransport

- Einfache Klimamodelle

- Geophysikalische Fluiddynamik

- Turbulenz in Ozean und Atmosphäre

- Grundlegende Klimaphänomene

Principles of Environmental Physics: Plants, Animals and the Atmosphere (Monteith, Unsworth) – online BIS

Weitere Literatur wird in der Veranstaltungen bekannt gegeben.

Termin wird zu Beginn der Veranstaltungen bekannt gegeben.

1 benotete Prüfungsleistung
Klausur oder mündliche Prüfung

Aktive Teilnahme
Aktive Teilnahme umfasst z.B. die regelmäßige Abgabe von Übungen, Anfertigung von Lösungen zu Übungsaufgaben, die Protokollierung der jeweils durchgeführten Versuche bzw. der praktischen Arbeiten, die Diskussion von Seminarbeiträgen oder Darstellungen von Aufgaben bzw. Inhalten in der Lehrveranstaltung in Form von Kurzberichten oder Kurzreferat. Die Festlegung hierzu erfolgt durch den Lehrenden zu Beginn des Semesters bzw. zu Beginn der Veranstaltung.