Vorlesung: Physik der Atmosphäre II - Details

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Allgemeine Informationen

Veranstaltungsname Vorlesung: Physik der Atmosphäre II
Untertitel Dynamik der Atmosphäre
Veranstaltungsnummer PHM 0065
Semester SS 2021
Aktuelle Anzahl der Teilnehmenden 13
erwartete Teilnehmendenanzahl 40
Heimat-Einrichtung Atmosphärenfernerkundung
Veranstaltungstyp Vorlesung in der Kategorie Lehre
Erster Termin Freitag, 16.04.2021 10:00 - 11:30
Leistungsnachweis Mündliche Prüfung
Veranstaltung findet online statt / hat Remote-Bestandteile Ja
Hauptunterrichtssprache deutsch
ECTS-Punkte 6 für Studierende der MNTF; 10 f

Räume und Zeiten

Keine Raumangabe
Freitag: 10:00 - 11:30, wöchentlich

Kommentar/Beschreibung

In dieser Vorlesung geht es um die Dynamik der Atmosphäre. Darunter versteht man die Bewegungsvorgänge, die in der Lufthülle unseres Planeten ablaufen. Die raumzeitlichen Skalen, auf denen solche Bewegungen stattfinden sind dabei beeindruckend umfassend. Sie reichen von den globalen Zirkulationssystemen und den unseren Planeten umspannenden Starkwindbändern („Jets“) bis zu den planetaren Wellen und die von ihnen beeinflussten Zyklone („Großwetterlagen“). Sie gehen weiter zu den atmosphärischen Schwerewellen, die gegenwärtig im Fokus der Forschung stehen und die in unseren Atmosphären- und Klimamodellen bislang nur in Form von Parametrisierungen enthalten sind, bis schließlich hin zu kleinskaligen turbulenten Prozessen, bei denen Bewegungsenergie schließlich in Wärme umgewandelt wird.
Dabei ist es bemerkenswert, dass sich nahezu alle diese Vorgänge mit (makroskopischen) Begriffen wie etwa „Wind“, „Temperatur“ oder „Druck“ sehr gut beschreiben lassen. Es ist offenbar nicht nötig, die Bewegungen etwa der einzelnen Moleküle zu verfolgen. Das wäre angesichts der ungeheuer großen Anzahl der die Atmosphäre ausmachenden mikroskopischen Bestandteile auch ein ganz und gar hoffnungsloses Unterfangen. Physikalisch formuliert bedeutet dies, dass wir die Atmosphäre als ein Kontinuum betrachten können. Daher kommt es, dass es große Ähnlichkeiten mit der Dynamik der Ozeane gibt: auch dort haben wir es mit großskaligen Strömungen, Wellenphänomenen und turbulenten Wirbeln zu tun. Die physikalischen Prinzipien sind in beiden Bereichen diejenigen der Hydrodynamik. Wir können so die Bewegungen in der Atmosphäre (und im Ozean) durch einen Satz partieller Differentialgleichungen der oben genannten „makroskopischen“ Größen beschreiben. Diese thermo-hydrodynamischen Feldgleichungen umfassen dabei die Vorgänge auf allen oben genannten raumzeitlichen Skalen. Dies bedeutet zunächst auch, dass die Vorgänge auf allen Skalen miteinander gekoppelt sind. Ein faszinierender Befund – und ein abschreckender dazu, denn dies macht es u.a. unmöglich, diese Gleichungen analytisch zu lösen. Das ist der Grund, dass wir je nach zu untersuchender „Größenklasse“ der adressierten Strömungsvorgänge diese Gleichungen einer sogenannten „Skalenanalyse“ unterziehen werden, um die Gleichungssysteme in sich konsistent zu approximieren.
In dieser einsemestrigen Vorlesung können unmöglich alle diese Aspekte tiefergehend behandelt werden. Die Vorlesung ist daher als eine erste Einführung in den Bereich der Atmosphärendynamik zu verstehen. Dabei ist es nicht das vordringliche Ziel, vornehmlich Gleichungen aufzustellen und diese dann zu lösen. Es soll vielmehr versucht werden, von den Phänomenen auszugehen, diese in den Vordergrund zu stellen und die Eleganz und Vielfalt dieser atmosphärendynamischen Prozesse zu erkennen. Und es soll auch etwas darum gehen, diese Vorgänge im Lichte des Klimawandels einordnen zu können. Natürlich werden die Phänomene auch mathematisch beschrieben. Und es wird sich zeigen, dass diese Beschreibung tiefergehende Einblicke in die Physik der Atmosphärendynamik zulässt.
Aufgrund der Covid19-Pandemie wird diese Vorlesung leider nicht als Präsenzveranstaltung durchgeführt werden können.

Diese Vorlesung wird ergänzt durch die Vorlesung „Numerische Verfahren“, die jeweils am gleichen Tag stattfindet. Die Vertiefung ist – im Gegensatz zum Modul Physik - für das Nebenfachmodul der Geografie nicht verpflichtend. Für die Studierenden der Geografie wird indes ein (nicht verpflichtendes) Tutorium angeboten, in dem ausgewählte Aspekte der Vorlesung näher erörtert und verwendete mathematische Konzepte erläutert werden.
Die Veranstaltungen kann zudem durch das "Seminar über aktuelle Aspekte der Atmosphären- und Klimaforschung" vertieft werden. Das Seminar wird als Blockveranstaltung (zweieinhalb Tage) angeboten und findet in der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus auf der Zugspitze statt. In kleinen Arbeitsgruppen zu verschiedenen Themenbereichen (stratosphärisches Ozon und Satellitenvalidation, Stratosphärendynamik, Mesosphärendynamik, troposphärische Luftqualität) werden in Form von Kurzvorträgen die Themen vorgestellt, sodann ein kleines Arbeitsprogramm (Messungen, Datenanalysen) durchgeführt und die Befunde wiederum in Form von Kurzvorträgen erläutert und mit allen Gruppen wissenschaftlich diskutiert. Näheres findet sich in der Modulbeschreibung ebendort.

Ferner können zu diesem Themenkreis Praktika, Zulassungs-, Bachelor-, Master und Doktorarbeiten zu aktuellen Forschungsfragen in Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR, in Oberpfaffenhofen, DLR-DFD, Abteilung Atmosphäre, durchgeführt werden. Anfragen hierzu können Sie jederzeit per Email an michael.bittner@dlr.de oder michael.bittner@physik.uni-augsburg.de richten.

Anmelderegeln

Diese Veranstaltung gehört zum Anmeldeset "Zeitgesteuerte Anmeldung: Physik der Atmosphäre II".
Folgende Regeln gelten für die Anmeldung:
  • Die Anmeldung ist möglich ab 13.03.2021, 12:00.