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Meteorologie und Klimatologie

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Meteorologie ist die Lehre von den physikalischen und chemischen Prozessen und Zuständen in der Atmosphäre. Die Klimatologie beschäftigt sich mit der Analyse und Beschreibung des Klimasystems und seinen Änderungen. Das integrierte Nebenfach “Meteorologie und Klimatologie” ist naturwissenschaftlich und praktisch ausgerichtet. Nach einer grundlegenden Einführung in die fundamentalen Prozesse, welche unser Wetter und Klima bestimmen, werden die Studierenden mit Messtechnik, computergestützter Modellierung, meteorologischer Datenanalyse, und -visualisierung vertraut gemacht. Anwendungsgebiete von Meteorologie und Klimatologie, die im integrierten Nebenfach behandelt werden, sind Wettervorhersage, Bioklimatologie, Energiemeteorologie, Luftreinhaltung, Stadklimatologie und Klimawandel.

Zusätzliche Informationen zum Download:

  • Übersicht Gesamtstudienverlauf mit Nebenfach (PDF)

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Einblick - die einzelnen Module des Nebenfachs

Grundlagen der Meteorologie

Modulbeschreibung

Klimageographie

Modulbeschreibung

Bioklimatologie

Modulbeschreibung

Meteorologische Daten und Messinstrumente

Modulbeschreibung

Energiemeteorologie

Inhalte

In der Nutzung von Erneuerbaren Energien besteht die große Chance die Nutzung von konventionellen Energien (Kohle, Öl, Gas, Kernenergie) abzulösen. In Deutschland soll nach Energiekonzept der Bundesregierung bis zum Jahr 2050 Energie hauptsächlich aus erneuerbaren Quellen stammen. In Deutschland bestehen vor allem Chancen, Möglichkeiten und Potenziale zur Nutzung von Sonnen- (Photovoltaik) und Windenergie (on- und offshore).
Studierenden werden die folgenden Aspekte zum Themenkomplex Energiemeteorologie auf verschiedenen Raumskalen (global, regional, lokal) vermittelt:

  • Raumzeitliche Variabilität und Komplementarität von Sonnen- und Windenergie
  • Abschätzung meteorologischer bis technischer Potenziale von Sonnen- und Windenergie
  • Übungen: Entwicklung eines Globalstrahlungsmodells für Deutschland, Ansätze zur Abschätzung des Windenergieertrags
  • Exkursionen zu Kraftwerken (z. B. Windenergieanlagen, Solaranlagen) und damit verbundener Infrastruktur (z. B. Pumpspeicherkraftwerk)

Qualifikations- und Lernziele

Studierende lernen meteorologische Messinstrumente und -daten kennen. Sie werden im Verlauf des Moduls befähigt, Messprinzipien von meteorologischen Messinstrumenten und den Aufbau von meteorologischen Messsystemen zu verstehen. Sie sind in der Lage mit Messungen verbundene Fehler zu erkennen, zu benennen und zu interpretieren. Sie können nach Modulabschluss grundlegende Methoden zur Analyse von Zeitreihen meteorologischer Daten anwenden.

Studierende entwickeln ein grundlegendes Verständnis für die raumzeitliche Variabilität und Komplementarität von Sonnen- und Windenergie und den damit verbundenen Herausforderungen für deren Nutzung. Sie verstehen sich auf die Interpretation verschiedener Potenziale zur Nutzung von Sonnen- und Windenergie und können erste quantitative Abschätzungen der Entwicklungsmöglichkeiten von Sonnen- und Windenergie zur Deckung des Strom- und Energiebedarfs vornehmen.

Meteorologisches Messpraktikum

Inhalte

Dieses Modul bearbeitet die Arbeitsmethoden der meteorologischen Datenerfassung und Auswertung in einem praktischen Format. Die Studierenden bauen ihr eigenes, mobiles meteorologisches Messsystem, um damit gemeinsam auf Fahrrädern die städtische Wärmeinsel von Freiburg zu erfassen. Das Projekt erlaubt es, die Planung, den Bau, die Durchführung und die Datenqualitätskontrole meteorologischer Messungen exemplarisch zu durchlaufen. Im Anschluss werden die gesammelten Daten statistisch und in einem Geographischen Informationssystem analysiert, ausgewertet und visualisiert. Das Projekt wird in Form einer schriftlichen Arbeit zu einer ausgewählten Fragestellung zusammengefasst.

Qualifikations- und Lernziele

  • Die Studierenden können meteorologische Messungen wissenschaftlich und logistisch planen.
  • Die Studierenden können einfache meteorologische Messgeräte und Messsysteme aufsetzen und Messungen durchführen.
  • Die Studierenden können die Qualität von meteorologischen Messungen und Daten sicherstellen.
  • Die Studierenden können erfasste Daten computergestützt numerisch und mit geographischen Informationssystemen auswerten.
  • Die Studierenden können die Resultate meteorologischer Messungen grafisch visualisieren, schriftlich präsentieren und in einer kurzen wissenschaftlichen Arbeite effektiv kommunizieren.

Meteorologische Modellierung

Inhalte

Einführung in die empirisch-statistische Modellierung von meteorologischen Variablen (z. B. Lufttemperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit) auf der Fläche Deutschlands. Die Modellierungsansätze ermöglichen die kleinräumige, flächenhafte Abbildung von Atmosphärenzuständen und ihre Veränderung unter Klimawandel- bedingungen in GIS-Systemen. Zur Modellierung wird das Software-Produkt GNU Octave verwendet.
Spezifische Modulaspekte sind:

  • Beschaffung meteorologischer Datensätze (bodengebunden, satellitengebunden)
  • Bearbeitung großer meteorologischer Datensätze (Homogenisierung, Datenlücken füllen, ...)
  • Statistische Analyse meteorologischer Datensätze
  • Statistische Modellierung meteorologischer Variablen
  • GIS-basierte Erstellung von Karten zur Visualisierung von Ergebnissen
  • Ergebnisdarstellung und -interpretation in Form eines wissenschaftlichen Textes

Qualifikations- und Lernziele

Studierende werden befähigt

  • statistische Methoden zur Analyse meteorologischer Daten anzuwenden und zu beurteilen,
  • Analyse- und Modellergebnisse darzustellen, zu interpretieren und zu diskutieren,
  • Problemlösungen und deren Beurteilung im Zusammenhang mit aktuellen Fragestellungen, der Angewandten Meteorologie selbstständig zu erarbeiten,
  • wissenschaftliche Texte zu verfassen.

Stadtklima und Luftreinhaltung

Inhalte

Einführung in theoretische und anwendungsorientierte Aspekte der Stadtklimatologie und der Luftreinhaltung:

  • Definition des Stadtklimas - identifikation städtischer Effekte und Beschreibung der städtischen Form und Funktion in atmosphärischen Modellen.
  • Veränderungen der Atmosphäre über einer Stadt: Wie werden Strahlung, Energieaustausch und Wind auf der Skala von Gebäuden, Straßenzügen, Stadtteilen bis auf regionale Ebene modifiziert?
  • Stadtklimatologische Phänome - städtische Wärmeinsel, Flurwinde, städtische Dunstglocke, Veränderungen von Wolken und hochreichender Konvektion.
  • Wichtigste Luftschadstoffe und deren Emission, Transmission, Umwandlung und Deposition in der Atmosphäre.
  • Grenzwerte, Richtlinien und Lösungsansätze in der Luftreinhaltung.
  • Anwendungen der Stadtklimatologie im Bereich der Energienutzung, Architektur, nachhaltigen Stadtplanung, Sicherheit, Gesundheit und Wettervorhersage.

Qualifikations- und Lernziele

  • Die Studierenden können Effekte von Städten auf die Atmosphäre und Effekte der Atmosphäre auf Städte herausarbeiten und wiedergeben.
  • Die Studierenden verstehen Stadtklimatologische und lufthygienische Phänomene und Prozesse und können diese erklären. Sie können Effekte von Städten auf Strömung, Strahlung, sowie Energie- und Wasserbilanz verstehen, abschätzen, und beschreiben.
  • Die Studierenden kennen die wichtigsten Methoden, Modelle und Richtlinien zur Beurteilung von Stadtklima und Lufthygiene (thermisches Stadtklima, Ausbreitungsmodellierung).
  • Die Studierenden können den Bezug zwischen Stadtklima und Anwendungen im Bereich der Energienutzung, Architektur, nachhaltigen Stadtplanung, Sicherheit, Gesundheit, Wettervorhersage und Klimaprojektionen in Städten herstellen.