Vorlesungen, Übungen und Seminare
Wintersemester 2023/24
Studiengang Physik (Schwerpunkt Atmosphärenphysik)
Liste der Lehrveranstaltungen:
- Einführung in die Atmosphärenphysik
- Einführung in die Atmosphärenphysik - Übungen
- Seminar zur Atmosphärenphysik
- Atmosphärenphysik: Projektplanung und Kontrolle
- Atmosphärenphysik: Methodenerkenntnis und Ergebnisdarstellung
- Spezielle Themen der Atmosphärenphysik - Dynamik und Transport in der Stratosphäre I
- Spezielle Themen der Atmosphärenphysik - Klimawandel: Vom Prozessverständnis zur Vorhersage
- Spezielle Themen der Atmosphärenphysik für Fortgeschrittene - Atmospheric Modelling
- Chemie und Dynamik der Atmosphäre (Kompaktkurs)
Studiengang "Computer Simulation in Science" (M.Sc.)
Liste der Lehrveranstaltungen:
- Introduction to Atmospheric Physics
- Introduction to Atmospheric Physics - Exercise
- Seminar on Atmospheric Physics
Schwerpunkt Atmosphärenphysik
Einführung in die Atmosphärenphysik (Petzold, Hegglin)
PHYEAPV (Vorlesung, 4 SWS):
- Di 16-17:30 D.07.01
- Do 16-17:30 D.07.01
Rhythmus: wöchentlich
Erster Termin am Dienstag, den 17. Oktober 2023, 16:00 Uhr s.t
Letzter Termin am 01.02.2024
Empfehlung
Zu dieser Vorlesung gibt es eine Vorbesprechung. Die Vorbesprechung findet am Dienstag, den 17. Oktober 2023 um 16 Uhr s.t. im Seminarraum D.07.01. statt.
Bei Rückfragen wenden Sie sich bitte an petzold@uni-wuppertal.de oder a.petzold@fz-juelich.de.
Inhalt der Vorlesung:
Einführung
Allgemeine Einführung, Die Erde als Planet, Vertikale Strukur der Atmosphäre, Zusammensetzung der Atmosphäre
Thermodynamik
Ideale Gasgleichung, Virtuelle Temperatur, Hydrostatische Gleichung,Barometrische Höhenformel, Skalenhöhe, Geopotential, Hypsometrische Gleichung, Konzept eines Lufpakets, Trockenadiabatischer Temperaturgradient, Potentielle Temperatur,Wasserdampf in der Atmosphäre, Globaler Wasserkreislauf,Feuchtadiabatischer Temperaturgradient, Atmosphärisches Temperaturprofil, Schichtungsstabilität, Brunt-Väisälä-Frequenz, Stabilitätskriterien, Schwerewellen
Strahlung im System Atmosphäre
Solarkonstante, mittlere solare Einstrahlung, Absorption solarer Strahlung, Lambert-Beersches Gesetz, Streuung, spektrale Verteilung, Grundlagen des Strahlungstransports,Thermische Strahlung, Strahlungsbilanz, Treibhauseffekt (natürlicher, anthropogener), Gesamtenergiebilanz System Erde, Optische Phänomene in der Atmosphäre
Dynamik der Atmosphäre
Atmosphäre als Fluid, Koordinatensysteme, Druckgradientenkraft, Corioliskraft, Geostrophischer Wind, Gradientenwind, zyklonale/antizyklonale Strömung, Bewegung unter dem Einfluss von Reibungskräften, Einfluss der Schwerkraft,Navier-Stokes-Gleichung, Kontinuitätsgleichung, Konvergenz, Divergenz,Vorticity, Zirkulation, Vorticity-Gleichung, Potentielle Vorticity, barotrope und barokline Schichtung, Dynamik der bodennahen Luftschichten, Grenzschicht-Meteorologie
Atmosphärische Zirkulation
Globale Zirkulationsmuster, Westwinddrift, barotrope und barokline Wellen,Fronten, Zyklone und Antizyklone, Passate, Hadley-Zellen, Subtropenjet,Zeitliche und räumliche Variationen, El Nino-Southern Oscillation, Nordatlantische Ozillation, Stratosphärische Zirkulation
Chemie der Atmosphäre
Troposphärische Chemie, Radikalchemie, HOx-Kreislauf, Lebensdauer und Verteilung von Spurengasen, Grundlagen der Reaktionskinetik, Stratosphärische Chemie, Ozonchemie, Halogenchemie, Polare stratosphärische Wolken
Empfohlene Voraussetzung
Grundvorlesungen in Physik und Mathematik
Zu erbringende Prüfungsleistung
Mündliche Prüfung
Im Masterstudiengang: Zusätlich schriftliche Hausarbeit zu einem speziellen Thema nach Absprache
Qualifikationsziel
Die Studierenden besitzen ein Verständnis fundamentaler Zusammenhänge in der Atmosphärenphysik und haben
Kenntnisse über grundlegende Gleichungen der Atmosphärenphysik. Sie kennen den Zusammenhang zwischen
chemischen und physikalischen Prozessen in der Atmosphäre. Sie haben einen fundierten Überblick über den
Spurenstoffhaushalt und die Strahlungsbilanz der Erde sowie die atmosphärische Zirkulation. Die Absolvent(inn)en
verstehen die grundlegenden Phänomene des Wetters und des Klimas.
Literatur
John M. Wallace, Peter V. Hobbs, Atmospheric Science, Academic Press, 2006
Eines der besten Bücher zur Einführung in die Atmosphärenphysik! Alle Bereiche werden sehr anschaulich und nachvollziehbar beschrieben und jeweils auch Beispiele explizit vorgerechnet. Es gibt zusätzlich eine Webseite mit vielen weiteren Informationen für Studenten, Aufgaben, Grafiken etc., leider nicht ganz billig.
Übung zur Einführung in die Atmosphärenphysik (Krebsbach)
PHYMEAVU (Übung, 2 SWS):
- Mo 08:00-10:00 F.13.17
Rhythmus: wöchentlich
Termine: 16.10.2023 - 29.01.2024 in Raum F.13.17
Seminar zur Atmosphärenphysik (Volk)
PHYMAPSS1 (Seminar, 2 SWS):
- Mi 11-12:30 D.07.01
Rhythmus: Präsenzveranstaltung wöchentlich
Erster Termin am 11.10.2023 in Raum D.07.01
Letzter Termin am 31.01.2024
Seminarplan folgt ...
Empfohlene Voraussetzung:
Teilnahme an der Vorlesung "Einführung in die Atmosphärenphysik"
Zu erbringende Prüfungsleistung:
Vortrag zu einem akuellen Thema der Atmosphärenforschung nach Absprache
Qualifikationsziel:
Die Studierenden sind in der Lage, sich ein ausgewähltes Thema aus den Bereichen Atmosphärendynamik und Spurenstofftransport selbst zu erarbeiten und dieses in einem Seminarvortrag vorzustellen. Sie beherrschen die Informationsrecherche in der Literatur und im Internet sowie die Aufbereitung der Informationen zu einer Präsentation. Sie können das behandelte Thema zielgruppengerecht darstellen und didaktisch gestalten.
Atmosphärenphysik: Projektplanung und Kontrolle (Volk)
PHYMAPPK1S (Seminar, 2 SWS):
- Mo 11-12:30 D.07.01
Erster Termin am 16.10.2023 in Raum D.07.01
Letzter Termin am 29.01.2024
Atmosphärenphysik: Methodenerkenntnis und Ergebnisdarstellung (Volk)
PHYMAPMLS1 (Seminar, 2 SWS):
- Mo 15:30-17:00 D.07.01
Erster Termin am 09.10.2023 in Raum D.07.01
Letzter Termin am 29.01.2024
Kommentar:
Bei dem Seminar handelt es sich um ein Literaturseminar, das an anderen Universitäten auch als „Journal Club" bezeichnet wird und in vielfältigen Variationen vorkommt. Die Ziele dieses Seminars sind, die Teilnehmer auf dem neuesten Stand der Forschung zu halten, das Umsetzen von Erkenntnissen im Forschungsalltag zu erleichtern und die Fähigkeit des kritischen Lesens zu fördern. Es gibt eine enorme (immer noch zunehmende) Menge an Literatur, und dieses umfangreiche Angebot fordert eine hohe Kompetenz und wirksame Techniken zur kritischen Bearbeitung dieser Informationen. Die Vielseitigkeit des Seminars und das breite Spektrum der behandelten, für die Atmosphärenforschung relevanten Zeitschriften bringt sowohl für die Studenten als auch für die Mitglieder der Arbeitsgruppe einen erheblichen Erfahrungs- und Wissensprofit.
Spezielle Themen der Atmosphärenphysik - Dynamik und Transport in der Stratosphäre I (Volk)
PHYMAPSTV2a (Vorlesung, 4 SWS):
- Do 14:00-16:00 D.07.01
Erster Termin am 12.10.2023 in Raum D.07.01
Letzter Termin am 01.02.2024
Empfohlene Voraussetzung
Vorlesung "Einführung in die Atmosphärenphysik"
Zu erbringende Studienleistung
mündliche Prüfung
Spezielle Themen der Atmosphärenphysik - Klimawandel: Vom Prozessverständnis zur Vorhersage (Riese, Müller)
PHYMAPSTV3 (Vorlesung, 4 SWS):
- Mi 14:00-16:30 D.07.01
Erster Termin am 11.10.2023 in Raum D.07.01
Letzter Termin am 31.01.2024
Empfehlung
Vorlesung wird in Präsenz gehalten. Bei Interesse bitte Prof. Martin Riese (m.riese@fz.juelich.de) bis zum 9. Oktober per Email kontaktieren, da die Vorbesprechung am 11. Oktober per Videokonferenz stattfindet.
Spezielle Themen der Atmosphärenphysik - Atmospheric Modelling (Plöger)
Link (Vorlesung, 2 SWS Vorlesung + 2 SWS Übung):
- Fr 10:15 - 13:30 c.t. Video-Konferenz
Dauer: 20.10.2023 - 02.02.2024
Rhythmus: Wöchentlich
Kurzkommentar:
Atmospheric Modelling:
Der Vorlesungstermin ist wöchentlich, Freitags, 10:15 - 13:30.
(2 SWS lecture + 2 SWS exercises)
Wir werden mit einer vorläufigen Diskussion am Freitag, 20.10.2023, 10:15 Uhr, online via BigBlueButton Konferenzraum beginnen, wo wir auch das Datum besprechen können.
https://webconf.fz-juelich.de/b/plo-24p-xk6-t2v
Password: 066963
Interessierte sollten ihre EMAIL ADRESSE an f.ploeger[at]fz-juelich.de SENDEN, sodass Links zu den Vorlesungsfolien und Übungen bereitgestellt werden können.
Kommentar:
Diese Vorlesung befasst sich mit dem Thema der Modellierung der Atmosphäre. Wir beginnen mit einem Überblick über verschiedene Typen von atmosphärischen Modellen, gefolgt von einem kurzen Kurs über die Grundstruktur der Atmosphäre und die bestimmenden Gleichungen für atmosphärische Dynamik und Transport.
Als Beispiel für konzeptionelle mathematische Modelle werden wir als erstes niedrigdimensionale Modelle der stratosphärischen Brewer-Dobson Zirkulation betrachten (z.B. two-dimensional Transformed Eulerian Mean). Danach werden wir verschiedene Modellierungstechniken (z. B. Eulersche und Lagrangesche Betrachtungsweisen der Modellierung) und verschiedene numerische Ansätze diskutieren, welche in Modellen der Atmosphäre verwendet werden. Hier betrachten wir endliche Differenz, endliche Volumen, spektrale und endliche Element Methoden, sowie verschiedene Modellgitter und vertikale Koordinatensysteme, welche in atmosphärischen Modellen verwendet werden.
Ein kurzer Überblick ist:
-Einführung: Typen von "Modellen"
-Atmosphärische Struktur und Modellgleichungen für Transport und Dynamik
-Konzeptionelle niedrigdimensionale mathematische Modelle (Beispiel: stratosphärische Brewer-Dobson Zirkulation)
-Numerische Modelle
-Numerische Ansätze für atmosphärische Modelle
-Numerische Methoden für Advektion
-Statistische Modellierung und Datenanalysemethoden
Literatur:
G. Brasseur and D. Jacob, "Modeling of Atmospheric Chemistry", Cambridge University Press, 2017.
M. Jacobson, "Fundamentals of atmospheric modelling"
J. Holton, "An Introduction to Dynamic Meteorology", Elsevier Academic Press, 2004.
Bemerkung:
Die Vorlesung wird in 2 SWS Vorlesung + 2 SWS praktische Übung aufgeteilt.
Empfohlene Voraussetzung:
Die Vorlesung "Einführung in die Atmosphärenphysik". Zusätzlich wäre "Dynamik der Atmosphäre" hilfreich.
(Einige grundlegende Programmierkenntnisse in Python könnten für die praktischen Übungen hilfreich sein, sind jedoch nicht erforderlich!)
Leistungsnachweis:
wöchentliche Übungen und mündliche Abschlussprüfung
Chemie und Dynamik der Atmosphäre (Kompaktkurs) (Thorsten Benter / Jörg Kleffmann)
CHE303111 (Vorlesung):
- Montag 16.10.2023, 08:30 Uhr - Freitag 20.10.2023 16:45 Uhr
Dauer: 16. bis 20. Oktober 2023 (ganztägig)
Rhythmus: Kompaktkurs
Kurzkommentar:
Die Anmeldefrist endet am 13.08.2023
Das Vorlesungsverzeichnis finden Sie unter:
Das Formular für die Registierung finden sie hier:
https://go.fzj.de/ACaD2023
1. Fachsemester (Computer Simulation in Science)
Introduction to Atmospheric Physics (Petzold, Hegglin)
- Tue 16-18 pm D.07.01
- Thu 16-18 pm D.07.01
Introduction to Atmospheric Physics - Exercise (Krebsbach / Petzold, Hegglin)
- Mon 08:00-10:00 am F.13.17
3. Fachsemester (Computer Simulation in Science)
Seminar on Atmospheric Physics (Volk)
- Wed 11-12:30 am D.07.01
zuletzt bearbeitet am: 28.09.2023
