mar368 - Klimamodelle (Vollständige Modulbeschreibung)

Im Rahmen dieser Veranstaltung werden grundlegende naturwissenschaftlich-mathematische sowie technische Fachkenntnisse im Rahmen der Klimamodellierung erworben. Dies beinhaltet u.a. verschiedene numerische Verfahren zur Lösung der für Klimamodelle wichtigen Transport-Reaktionsgleichung. Weiterhin werden an einfachen Energie-Bilanzmodellen (wie z.B. Daisy World) diese numerische Methoden, sowie das Algorithmieren und Programmieren mit MATLAB eingeübt. Am Beispiel eines Klimamodells mittlerer Komplexität (EMIC) werden die Grundlagen und verschiedenen Ansätze zur Ausgestaltung der Teilmodule eines Klimamodells behandelt (z.B. Eismodelle, Atmosphärenmodelle, Vegetationsmodelle, Strahlungsmodelle, Ozeanmodelle, Bodenmodelle etc.) Es werden weiterhin einige technische und statistische Aspekte im Arbeiten mit und Auswerten von Klimamodellen vorgestellt. Im Rahmen eines Abschlussprojektes, das das oben genannte EMIC verwendet, werden die Studierenden sowohl zur Teamfähigkeit als auch zum Umgang mit wissenschaftlicher Primärliteratur angeleitet. Im Rahmen der Abschlusspräsentation lernen die Studenten das Darstellen und das Diskutieren ihrer Ergebnisse.

Fachkompetenzen

Die Studierenden:

- kennen und verstehen die grundlegenden partiellen Differentialgleichungen und mathematischen Ansätze, die den wichtigsten Teilmodulen eines Klimamodells zu Grunde liegen

- erwerben ein Grundverständnis über die Teilsysteme des Klimasystems, deren Interaktion sowie deren Modellierung

- können die Transport-Reaktionsgleichung mit verschiedenen numerischen Ansätzen lösen und in MATLAB implementieren

- können Remote-Rechner mit passenden Werkzeugen bedienen, was als Vorbereitung auf die Arbeit mit Höchtsleitungscomputern in entfernten Rechenzentren gesehen werden kann

- kennen grundlegende statistische Ansätze, um die Ausgabe von Klimamodellen zu bewerten und einzuordnen

Methodenkompetenzen

Die Studierenden:

- können einführende Methoden der numerischen Mathematik anwenden, um die grundlegenden mathematischen Gleichungen und Ansätze in Computercode (hier MATLAB) zu implementieren

- kennen einführende UNIX/Linux Grundlagen, um sich auf Remote-Systemen ausreichend sicher zu bewegen und Simulationen auf diesen zu starten und zu überwachen.

- kennen erste Werkzeuge und Methoden, um die Ausgabendateien der Klimamodelle im Netcdf-Format zu lesen und der weiteren Auswertung zuzuführen

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

VL Klimamodelle:

Einführung in die Theorie und Bedienung komplexerer Klimamodelle, Vermittlung mathematischer und physikalischer Grundlagen zum Verständnis der modellierten Prozesse und deren Implementierung in die Modelle, Einführung in statistische Bewertungsmaße von Klimamodellen, Programmierung einfacher Energie-Bilanz-Modelle, Umgang mit Klimamodellen mittlerer Komplexität (z.B. Planetsimulator), Simulation und Auswertung zukünftiger Treibhausgasemisisons-szenarien.

Ü Klimamodelle:

Vertiefung der Inhalte der zugehörigen VL sowie praktische Übungen

K.E. Trenberth, Climate System Modelling, 1993, Cambridge University Press
J. Marshall, R. A. Plumb, Atmosphere, Ocean, and Climate Dynamics: An Introductory Text, 2007, Academic Press
K. McGuffie, A. Henderson-Sellers, The Climate Modelling Primer, 2014, John Wiley & Sons

Klausur / mündliche Prüfung am Ende der Veranstaltungszeit, nach Bekanntgabe durch die Dozenten. 

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.