Modulverantwortliche:
N.N.
Anzeige im Stundenplan:
Meteorologie M-MOD
Dauer:
6
Anzahl Wahlkurse:
0
Credits:
10,0
Startsemester:
WiSe 21/22
Qualifikationsziele:
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden mit den grund-legenden Denkweisen und Methoden der meteorologischen Modellierung ver-traut. Sie kennen unterschiedliche Modellierungsansätze (physikalische Modelle, Konzeptmodelle, analytische Lösungen, numerische Modelle), die diesen zugrunde liegenden Gleichungen und notwendigen Vereinfachungen, die ska-lenspezifischen Ansätze in der atmosphärischen Modellierung ebenso wie ska-lenübergreifende Methoden. Sie kennen die Bedeutung der subskaligen Prozes-se und sind mit den Methoden der Parametrisierung subskaliger Prozesse ver-traut. Sie kennen typischerweise genutzte numerische Methoden, sind in der Lage, Einflüsse numerischer Methoden auf Modellösungen einzuschätzen und ein einfaches numerisches Modell selbst zu schreiben sowie ein komplexes nu-merisches Modell zu nutzen und die Ergebnisse in Abhängigkeit von den ge-wählten Parametrisierungen, Anfangs- und Randwerten zu interpretieren. Sie sind in der Lage, zielgrößenorientierte einfache Modellrechnungen durchzufüh-ren und die Modellergebnisse darzustellen und zu interpretieren.
Inhalte:
Das Modul besteht aus vier Blöcken;:
A. Skalenübergreifende Ansätze in der Modellierung
B. Physikalische Ähnlichkeit und physikalische Modellierung
C. Grundlagen der numerischen Modellierung: Diskretisierung und Numerik
D. Modellbildung: Parametrisierungen, Rand- und Anfangswerte
In Teilmodul A werden die grundlegenden Konzepte und Begriffe der Modellie-rung eingeführt. Die Grundgleichungen und die in atmosphärischen Modellen unterschiedlicher Skala genutzten Näherungen mit ihren Gültigkeitsbereichen werden abgeleitet. Als einfache Modelle werden Konzeptmodelle eingeführt und analytische Lösungen für meteorologische Anwendungen erläutert. Beispiele verschiedener analytischer Lösungen und konzeptioneller Modelle werden ge-geben und Anwendungsgrenzen dieser Modelle erläutert.
Teilmodul B beschäftigt sich mit den Möglichkeiten und Grenzen der physikali-schen Modellierung bodennaher atmosphärischer Strömungs- und Transport-prozesse. Die theoretischen Grundlagen der physikalischen Modellierung wer-den entwickelt und die für physikalische Modellversuche zu verwendenden Randbedingungen definiert. Praktische Verfahren und Methoden der versuchs-technischen Umsetzung der Modellgesetze in Wind- und Wasserkanälen werden vorgestellt und Grundkenntnisse zur Verwendung modellspezifischer Messtech-nik werden vermittelt. Konkrete praktische Beispiele der Anwendung physikali-scher Modelle sowie Fragen der Validierung und Bewertung von Messdaten werden diskutiert.
Teilmodul C vermittelt die Grundlagen der numerischen Modellierung, und Kenntnisse zur Diskretisierung von Gleichungen, die typisch für meteorologische Anwendungen sind. Behandelt werden die Evolutionsgleichung, die eindimensi-onale lineare und nichtlineare Advektion, die eindimensionale Diffusion sowie die eindimensionale lineare und nichtlineare Transportgleichung. Unterschiedliche Methoden zur numerischen Behandlung dieser Gleichungen werden erlernt und ihre Eigenschaften hinsichtlich Konsistenz, Konvergenz und Stabilität erläutert. Die Ausweitung auf zwei-dimensionale Probleme führt zur Definition unter-schiedlicher Gitter und zur Darstellung durch Kugelflächenfunktionen.
Im Teilmodul D werden die in atmosphärischen Modellen unterschiedlicher Ska-la genutzten Parametrisierungen subskaliger atmosphärischer Prozesse (z.B. Turbulenz, Wolken, Vegetation) vorgestellt, Methoden der Initialisierung und ty-pische Randbedingungen werden erläutert. Methoden der Qualitätskontrolle von Modellergebnissen werden dargestellt und es wird eine Übersicht über typische Modelle gegeben. In den Übungen werden Modelluntersuchungen zum Einfluss unterschiedlicher Anfangswerte, Parametrisierungen und Randwerte durchge-führt und es wird erarbeitet, wie die Modellergebnisse bewertet werden können.
Lehrformen:
Das Modul besteht aus vier unterschiedlich großen Blöcken, die nacheinander innerhalb von jeweils 4 SWS (2V+2Ü) pro Semester unterrichtet werden:
A. Skalenübergreifende Ansätze in der Modellierung
B. Physikalische Ähnlichkeit und physikalische Modellierung
C. Grundlagen der numerischen Modellierung: Diskretisierung und Numerik
D. Modellbildung: Parametrisierungen, Rand- und Anfangswerte
Unterrichtssprache:
Deutsch. Lehrmaterial und Skript in englischer Sprache, zusätzliche Literatur meist in englischer Sprache.
Voraussetzungen für die Teilnahme:
- verbindliche: keine
- empfohlene: Grundkenntnisse in der Computernutzung unter Linux oder Unix und unter Windows
Verwendbarkeit des Moduls:
Das Modul ist Bestandteil des Studienganges MSc Meteorologie. Es vermittelt Fachkenntnisse der meteorologischen Modellierung. Die behandelten Beispiele stammen alle aus der atmosphärischen Modellierung. Das Modul eignet sich auch als Ergänzungs- oder Wahlfach für andere mathematisch-physikalisch ausgerichtete Studiengänge, wobei auch Teilbereiche gewählt werden können.
Art, Voraussetzungen und Sprache der(Teil)- Prüfung:
Das Modul wird mit einer mündlichen Prüfung in deutscher oder englischer Sprache abgeschlossen. Die konkrete Prüfungssprache wird vor Beginn der Lehrveranstaltung bekannt gegeben.
Arbeitsaufwand (Teilleistungen):
Vorl. Met. Modellierung I 2 LP
Üb. Met. Modellierung I 3 LP
Vorl. Met. Modellierung II 2 LP
Üb. Met. Modellierung II 3 LP
Präsenz-/
30 Std.
30 Std.
30 Std.
30 Std.
Selbststudium
10 Std.
30 Std.
10 Std.
30 Std.
Prüfungsvorbereitung
20 Std.
30 Std.
20 Std.
30 Std.
Gesamtaufwand 10 LP 120 Std. 80 Std. 100 Std.
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