Allgemeines zur Vorlesung

Das "Klima" wird von Meteorlogen im Wesentlichen als die Statistik des Wetters über einen längeren Zeithorizont von, typischerweise, 30 Jahren definiert. Diese grobe Charakterisierung weist darauf hin, welche wissenschaftlichen Herausforderungen mit dem Studium des Klimas der Erde verbunden sind. 

Wir sollten die treibenden Mechanismen des täglichen Wetters verstehen und wir sollten einen Einblick haben, wie sich das Wetter zu einer "Statistik" akkumuliert. Gleichzeitig sollten wir erarbeiten, wie sich langfristige Tendenzen in den Antriebsgrößen des Wetters, wie die Ozeanoberflächentemperaturen, die Sonneneinstrahlung oder die Verdunstung der oberflächennahen Feuchte der Erdsohle auf die Wetterstatistik auswirken. Gleichzeitig sollten wir eine gute Vorstellung davon besitzen, wie eigentlich der Begriff der "Statistik" zu verstehen ist, wenn wir es mit nur einem einzigen dynamisch sich in der Zeit entwickelnden System zu tun haben. 

Diese Vorlesung konzentriert sich auf Techniken der mathematischen Modellierung, die Wissenschaftler bei der Erforschung der oben skizzierten Fragestellungen helfen können. In Abhängigkeit vom Interesse der Teilnehmenden studieren wir in der Vorlesung 

1. Methoden der Mehrskalenasymptotik für Atmosphärenströmungen
2. Numerische Methoden für die Simulation geophysikalischer Strömungen
3. Datenbasierte Charakterisierungsmethoden für atmosphärische
   Simulations- und Beobachtungsdaten.

Literatur

Interessante Startpunkte, die einen ersten Einstieg in obige drei
Hauptpunkte erlauben, sind  

Klein R.,
Scale-Dependent Asymptotic Models for Atmospheric Flows,
Ann. Rev. Fluid Mech., vol. 42, 249-274 (2010)

D. Durran,
Numerical Methods for Fluid Dynamics with Applications to Geophysics,
Springer, Computational Science and Engineering Series, (2010)

Metzner Ph., Putzig L., Horenko I.,
Analysis of persistent nonstationary time series and applications
Comm. Appl. Math. & Comput. Sci., vol. 7, 175-229 (2012)

Vorlesungsskript Udine

Beitrag: Handbook of Mathematical Analysis in Mechanics of Fluids (Springer)

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Abstract

"Climate" is defined by meteorologists essentially as the statics of weather over an extended time period, where this period is typically set to 30 years. This rough description gives us a hint at what is involved in studying Earth's climate from a scientific perspective: 

We need to understand the essence of (daily) weather and how the cumulative effects of its fluctuations feed back on its long-time behavior. At the same time, we need to know how long-time trends in the driving forces of weather, such as ocean surface temperatures, sun's irradiation, or the land surface use and soil moisture influence affect the weather statistics. Last but not least we need to have a clear notion of what "statistics" means in the context of a dynamically evolving single trajectory of the single dynamical system "Earth". 

This course focuses on techniques of mathematical modelling that assist scientists in exploring the listed issues systematically.
Depending on the participants' interests, we select from 

1. Multiscale asymptotic analysis for atmospheric flows,
2. Numerical methods for geophysical flow simulation,
3. Data-based characterization of atmospheric "statistics"

Reading material will be provided depending on the choice of topics
for the semester. 

Good starting points for items 1. through 3. are, respectively,  

Klein R.,
Scale-Dependent Asymptotic Models for Atmospheric Flows,
Ann. Rev. Fluid Mech., vol. 42, 249-274 (2010)

D. Durran,
Numerical Methods for Fluid Dynamics with Applications to Geophysics,
Springer, Computational Science and Engineering Series, (2010)

Metzner Ph., Putzig L., Horenko I.,
Analysis of persistent nonstationary time series and applications
Comm. Appl. Math. & Comput. Sci., vol. 7, 175-229 (2012)

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Regelmäßige Teilnahme

...im Sinne des Campus Managements. Anwesenheitspflicht besteht nicht.

Aktive Teilnahme

...im Sinne des Campus Managements besteht im

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• regelmäßige Teilnahme
• aktive Teilnahme und

...sind notwendig und hinreichend für einen Übungsschein.

• Scheine kann entsprechend einer Beurteilung des Seminarvortrags benotet werden.