Kurs 1: Daten & Modelle

Mit Daten und Modellen das Erdsystem erforschen

Globale Umweltveränderungen und der Klimawandel gehören zu den drängendsten Herausforderungen, die es als Gesellschaft im 21. Jahrhundert zu überwinden gilt. Politische, gesellschaftliche oder wirtschaftliche Ansätze zur Vermeidung potenziell gravierender Veränderungen („Mitigation“), und die Anpassung an unabwendbare Folgen („Adaptation“) des globalen Wandels setzen aber zwangsläufig ein umfassendes wissenschaftliches Verständnis der physikalischen und ökologischen Prozesse im globalen Umwelt- und Klimasystem voraus.

Abbildung 1: Die Erde aus dem All - die ersten Fernerkundungsdaten, aufgenommen von Astronauten der Apollo 17 Mission aus rund 29,000 Kilometern Entfernung am 17.12.1972 (heute stehen meist automatisiert gewonnene Daten aus Satellitenaufnahmen zur Verfügung). Quelle: NASA

Abbildung 1: Die Erde aus dem All – die ersten Fernerkundungsdaten, aufgenommen von Astronauten der Apollo 17 Mission aus rund 29,000 Kilometern Entfernung am 17.12.1972 (heute stehen meist automatisiert gewonnene Daten aus Satellitenaufnahmen zur Verfügung).
Quelle: NASA

In diesem Kurs wird der Fokus auf zwei zentrale Bestandteile der Erforschung des Erd- und Klimasystems gesetzt und diese werden praktisch miteinander verbunden: Zum einen ist dies die Analyse, Interpretation und Visualisierung von Erdbeobachtungsdaten („data-driven“), und zum anderen die Anwendung und Auswertung von Modellen im Erdsystem („theory-driven“).

Zwei zentrale Ansätze der Erdsystemforschung: Daten und Modelle

Aus der Kombination von -zumeist unabhängigen- Modellen und Beobachtungsdaten werden wissenschaftliche Erkenntnisse über die Funktionsweise des Erdsystems und zu erwartende globale Umweltveränderungen im 21. Jahrhundert gewonnen. Hierbei werden aus der Analyse von Beobachtungsdaten Hypothesen generiert, die dann als Theorien in Modelle übersetzt, und deren Vorhersagen schließlich wieder an Daten getestet werden.
Im ersten Teil des Kurses werden physikalische und ökologische Prozesse im Erd- und Klimasystem, und zu erwartende Umweltveränderungen im 21. Jahrhundert (auch in Bezug auf die Existenz „planetarer Grenzen“ und „tipping points“) erörtert und im Spannungsfeld aktueller wissenschaftlicher Ansätze diskutiert. Im Hauptteil der Kursarbeit werden in Projektgruppen aktuelle wissenschaftliche Fragestellungen in (Satelliten-) Daten und Modellen getestet. Zum Beispiel:

  • Wird die Biosphäre „grüner“ durch den Klimawandel?
  • Wie beeinflusst das Klima das Vorkommen natürlicher Ökosysteme, und welche Veränderungen sind in der Zukunft zu erwarten?
  • Verursacht der Klimawandel mehr Extremereignisse?
  • Mit welchen CO2-Emissionsszenarien kann die Klimaerwärmung begrenzt werden?

Ziel des Kurses ist es einen Einblick in Daten und Modelle der Erdsystemforschung sowie Stärken und Schwächen jeweils beider Forschungsansätze zu gewinnen, und erste praktische Erfahrung in der Bearbeitung wissenschaftlicher Fragestellungen zu sammeln.
Die Analyse und Interpretation von Modellen und Erdbeobachtungsdaten in Projektgruppen findet unter Anleitung und Mithilfe der Kursleiter am PC in einer einfachen Programmierumgebung statt. Vorkenntnisse in Programmiersprachen sind aber nicht erforderlich.

Den Kurs leiten Guido Kraemer und Sebastian Sippel.

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