Vorlesung: Physik der Atmosphäre II - Details

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Allgemeine Informationen

Veranstaltungsname Vorlesung: Physik der Atmosphäre II
Veranstaltungsnummer PHM-0065
Semester SS 2022
Aktuelle Anzahl der Teilnehmenden 28
erwartete Teilnehmendenanzahl 40
Heimat-Einrichtung Atmosphärenfernerkundung
Veranstaltungstyp Vorlesung in der Kategorie Lehre
Erster Termin Freitag, 29.04.2022 10:00 - 11:30, Ort: (2004 T)
Leistungsnachweis Am Ende des Moduls erfolgt eine 30minütige mündliche Prüfung
Veranstaltung findet in Präsenz statt / hat Präsenz-Bestandteile Ja
Hauptunterrichtssprache deutsch
Literaturhinweise Die Vorlesung PdA-II ist an folgender Literatur orientiert:

(1) An Introduction to Atmospheric Physics, D.G. Andrews, Cambridge University Press, 2010


Lesenswert sind ergänzend folgende Texte:
(2) Dynamik der Atmosphäre, H. Pichler , Spektrum Akademischer Verlag , 1997 (sehr mathematisch und gründlich; für eher an der theoretischen Physik interessierte Studierende zu empfehlen)
(3) An Introduction to Dynamic Meteorology, J.R. Holton & G.J. Hakim, Academic Press, 2013 (ein „Klassiker“; gute Mischung aus Theorie und Anwendung)
(4) Physik unserer Umwelt: Die Atmosphäre, W. Roedel & T.Wagner, Springer, Heidelberg, 2017 (ein Lehrbuch mit teilweise ausführlicheren Erläuterungen)
(5) Atmosphere, Weather and Climate, R.G. Barry and R.J. Chorley, Routledge, 2010 (geografisch orientiertes Lehrbuch)
(6) The Physics of Atmospheres, J. T. Houghton, Cambridge University Press, Cambridge 2010 (eher ein Kompendium oder ausführlich kommentierte Formelsammlung– aber Kultstatus)
ECTS-Punkte 6

Räume und Zeiten

(2004 T)
Freitag: 10:00 - 11:30, wöchentlich (12x)

Kommentar/Beschreibung

In dieser Vorlesung geht es um die Dynamik der Atmosphäre. Darunter versteht man die Bewegungsvorgänge, die in der Lufthülle unseres Planeten ablaufen. Diese wirken sich dabei aus auch auf den thermodynamischen Zustand der Atmosphäre (Temperatur, Druck, Dichte). 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 („Großwetterla-gen“). 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 turbulen-ten Prozessen, bei denen Bewegungsenergie schließlich in Wärme umgewandelt wird.
Dabei ist es bemerkenswert, dass sich nahezu alle diese Vorgänge mit (makroskopischen) Begriffen wie „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.
Ich bitte Sie um Nachsicht: 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. Dabei wird sich zeigen, dass diese Beschreibung tiefergehende Einblicke in die Physik der Atmosphärendynamik zulässt. – Aber vordringlich geht es mir darum, dass Sie einen ersten Eindruck von diesem Forschungsgebiet erhalten – und vielleicht etwas von der Faszination unserer einzigartigen Atmosphäre erahnen werden.


Für Studierende der MNTF:
Dieses Modul besteht für Studierende der MNTF aus dieser Vorlesung sowie der Vorlesung "Numerische Verfahren zu PdA-II" (PD Dr. Sabine Wüst) (insgesamt 6 LP)

Für Studierende der Geografie:
Diese Veranstaltung kann auch von Studierenden der Geografie als Nebenfach gebucht werden. Hier besteht das Modul im Gegensatz zu den Vorgaben für Studierende der MNTF aus dieser Vorlesung (aber nicht "Numerische Verfahren zu PdA-II"), aus der Vorlesung PdA-I und der Übung zu PdA-I (insgesamt 10LP). Das Tutorium, das zu PdA-II für Studierende der Geografie angeboten wird, ist freiwillig.

Anmelderegeln

Diese Veranstaltung gehört zum Anmeldeset "Zeitgesteuerte Anmeldung: Physik der Atmosphäre II".
Folgende Regeln gelten für die Anmeldung:
  • Die Anmeldung ist möglich von 13.03.2022, 01:03 bis 06.05.2022, 01:01.