Studienbereich Meteorologische Spezialthemen

• Einblick in die chemische Zusammensetzung der natürlichen Erdatmosphäre im Verhältnis zu der anderer Planeten

• Gestörte chemische Zusammensetzung der Stratosphäre

• Gestörte chemische Zusammensetzung der Troposphäre: Gasphasenchemie und Aerosole

• Messungen, deren Interpretation und speziell die Modellierung von Luftchemie/Meteorologie

• Beispiele von Untersuchungen auf diesem Gebiet in Europa und auch in globaler Sicht

Fernerkundung atmosphärischer Spurengase, Aerosole, Landoberflächen sowie der Oberfläche und der Inhaltsstoffe des Ozeans:

• Bedeutung von Spurengasen, Aerosolen sowie ozeanischen Substanzen im Klimasystem der Erde
• Vorstellung von Messungen und Simulationen von Spektren wie sie zur Fernerkundung genutzt werden
• Vorstellung verschiedener Messverfahren; insbesondere sollen die Stärken und Schwächen einzelner Methoden herausgestellt werden
• Anwendung des Erlernten zur Erstellung eines einfachen Fernerkundungsverfahrens

• Struktur der Mittleren Atmosphäre (Messverfahren, Klimatologie, Variabilität)

• Strahlung (Absorption, Emission und Streuung in der Mittleren Atmosphäre, Strahlungsübertragungsgleichung, Strahlungsgleichgewicht in der Mittleren Atmosphäre)

• Dynamik („primitive“ Gleichungen, zonal gemittelte Gleichungen, Wellen in der Mittleren Atmosphäre, Welle- Grundstrom-Wechselwirkungen, TEM-Gleichungen, Stratosphärenerwärmungen, Quasi-Biennial-Oscillation und Semi-Annual-Oscillation, Spurenstofftransporte, Troposphären-Stratosphärenaustausch)

• Ozonschicht (mittlere Verteilung, Trends, Ozonchemie, Antarktisches „Ozonloch“, Programmierung des Chapman- Modells)

• Klima und Stratosphäre („Climate forcing“, Treibhausgase, Aerosole, Strahlungsflüsse an der Tropopause, zukünftige Klimaentwicklung)

• Einfluss der Sonnenvariabilität auf das Klima

Grundlagen der dynamischen Ozeanographie:

• physikalische Basisgleichungen und Klassifikation von Kräften und Bewegungen
• reibungsfreie Strömungen; Geostrophie
• reibungsbehaftete Strömungen; windgetriebene Zirkulation
• thermohaline Effekte
• Wellen
• Gezeiten

Das Modul vermittelt im Bereich Datenanalyse:

• Erweiterte Grundlagen aus der Statistik.
• Ansätze zur Definition von Zirkulationsmustern und deren Vergleich.
• Vorhersageverifikation probabilistischer Modelle.
• Fortgeschrittene Spektralanalyse (Fourier-, Wavelet)

Im Themenfeld der Statistische Modelle:

• Zeitreihenmodelle für den Hintergrund: „rotes Rauschen“ (autoregressive Modelle),
• Verallgemeinerte Regressionsmodelle (GLM/GAM) für meteorologische und klimatologische Fragestellungen
• Extremwertstatistik für instationäre und zeitlich abhängige Fälle
• Statistisches „Modelle zu aktuellen Fragestellungen

• Stadtmeteorologische und stadtklimatologische Grundlagen
• Messungen in der Stadt
• Städtische Wärmeinseleffekte
• Thermische Stadtelemente
• Klimawandel in den Städten
• Klima, Stadt- und Landschaftsplanung
• Bioklima: Wie wirkt sich das Stadtklima auf den Menschen aus?
• Stadtmodelle

Es werden Methoden der Impaktmodellierung, der Vorhersageverifikation, der empirischen Sozialforschung (Fragebogenmethode, problemzentrierte Interviews) und experimentelle Modelle der Psychologie und Entscheidungsforschung
(Prospekt Theorie, Signalerkennungstheorie, Entscheidungsbäume), Risiko- und Katastrophenbegriff, hydrometeorologische Gefahren und Schäden, Vorhersagbarkeit hydrometeorologischer Gefahren, Konzepte der Vulnerabilität und Resilienz, Technologische Warnsysteme, Psychologie der Risikowahrnehmung, Risiko- und Krisenkommunikation, Grundlagen interdisziplinärer Projektarbeit vermittelt. Im Modul werden Projektarbeiten durchgeführt und die Ergebnisse präsentiert.

Verschiedene Aspekte des atmosphärischen Wasserkreislaufs werden diskutiert:

• Quellen und Verteilung des atmosphärischen Wasserdampfs,

• Transport von Wasser in der Atmosphäre, z. B. in „atmospheric rivers“,

• Niederschlagsbildung,

• Wechselwirkung des Wasserdampfs mit der Dynamik synoptischer Wettersysteme (z. B. Einfluss von latentem Heizen auf die potentielle vorticity),

• Einfluss von Feuchteprozessen auf konvektive Systeme und deren Organisation (z. B. in tropischen Wirbelstürmen),

• stabile Wasserisotope als diagnostische Tracer des Wasserkreislaufs,

• Änderungen der Verdunstung, des atmosphärischen Wassergehalts und des Niederschlags in einem wärmeren Klima,

• Wechselwirkungen dieser Änderungen mit der atmosphärischen Dynamik.

Eine höhere Programmiersprache (z. B. FORTRAN, was für die meisten numerischen Zirkulationsmodelle verwendet wird) wird trainiert und für die Anpassung eines Zirkulationsmodells angewendet. Am Beispiel idealisierter Experimente werden Modifikationen an dem Modell implementiert. Gleichzeitig wird der Umgang mit verschiedenen Entwicklungswerkzeugen wie Versionierung eines Softwareprojektes geübt.

Aktuelle Themen der Meteorologie unter besonderer Berücksichtigung laufender Forschungsprojekte.