Modellierungspraktikum Wolkenphysik

Termine

  • Vorlesung: Mi 10 - 12 Uhr, Raum 04-426 (Institut für Mathematik)
  • Übung: Mo 14-16 Uhr, Raum 04-512 (Institut für Mathematik)
Dozent: Prof. Dr. Martin Hanke-Bourgeois (Institut für Mathematik)
Prof. Dr. Peter Spichtinger (Institut für Physik der Atmosphäre)

Assistent
:
M.Comp.Sc. Dmitry Ivanizki (Institut für Mathematik)
Dr. Philipp Reutter (Institut für Physik der Atmosphäre)
Übungsblätter:

Inhalt:

Eine adäquate Wolkenmodellierung ist für die Wettervorhersage von großer Bedeutung, da die ablaufenden Prozesse mit der Dynamik wechselwirken und für den Stofftransport zwischen Atmosphäre und Erdoberfläche wesentlich sind. Bei der Modellierung sind die verschiedenen Wasserphasen (Wasserdampf, Wolkenwasser, Regen, ggf. auch Wolkeneis und Schnee) zu berücksichtigen. Das Ensemble von Wolkenteilchen wird im Idealfall über Grössenverteilungen der Partikel beschrieben. Damit besteht das Kernproblem der Wolkenmodellierung, die zeitliche Entwicklung dieser Verteilungen zu beschreiben. In der Praxis zieht man sich auf die Beschreibung der Wolken durch Massen- und Anzahlkonzentrationen zurück, auch diese Ansätze können beliebig kompliziert werden.

Im Praktikum soll ausgehend von einem sogenannten Boxmodell ein vertikales Säulenmodell entwickelt und implementiert werden. Die Dynamik wird von außen vorgegeben. In Sensitivitätsstudien sollen dann verschiedene typische Situationen in der Atmosphäre untersucht werden, so z.B. der Einfluss der Luftverschmutzung durch Aerosole auf die Wolken (z.B. auf Lebenszeit und Niederschlag).

 

Wolke

Gewitterwolke über dem Canim Lake, Kanada. Photo: Philipp Reutter


Organisatorisches:

Das Modellierungspraktikum ist der zweite Teil des Moduls Wissenschaftliches Rechnen (NUM-004), welches wiederum ein Wahlpflichtmodul der mathematischen Masterstudiengänge und ein Pflichtmodul des interdisziplinären Masterstudiengangs Computational Sciences - Rechnergestützte Naturwissenschaften ist. Vorausgesetzt werden grundlegende Kenntnisse der Numerik gewöhnlicher und partieller Differentialgleichungen. Kenntnisse aus dem Bereich der Meteorologie sind nicht erforderlich.

Im Praktikum werden konkrete Projektaufgaben in Kleingruppen (2-3 Personen) selbständig bearbeitet. Dabei besteht die Aufgabe darin, das reale Problem mathematisch zu beschreiben (zu modellieren), mit mathematischen Methoden computerunterstützt zu lösen und dann die Ergebnisse im Rahmen der Problemstellung zu interpretieren. Die Kleingruppen werden in regelmäßigen Abständen ihren Forschungsstand in mündlichen Präsentationen vorstellen. Am Ende des Semesters erfolgt die Anfertigung eines Projektberichts.

Auf der Grundlage des Praktikums können Themen für Masterarbeiten vergeben werden.

Leisungsnachweis:

Der erfolgreiche Besuch des Praktikums setzt die aktive Mitarbeit in der Kleingruppe, einen Vortrag sowie das Mitwirken am Projektbericht voraus.