Kurs JGW-3.5
»Hello World!«

Vom numerischen Programmieren zur komplexen Klimamodellierung

Numerische Simulationen sind ein zentrales Werkzeug vieler wissenschaftlicher Disziplinen der modernen Forschung, mit denen komplexe Systeme erforscht und Vorhersagen erstellt werden.

Insbesondere die Erforschung des Klimawandels stützt sich auf numerische Modelle des Erdsystems, um die Veränderung relevanter physikalischer Größen wie der Temperatur zu simulieren.

Der Kurs beginnt mit den Grundlagen jeder numerischen Modellierung: Wie lassen sich physikalische Systeme mathematisch beschreiben, um sie dann computergestützt zu untersuchen? Die Teilnehmenden lernen an verschiedenen Beispielen, z. B. den Planetenbewegungen im Sonnensystem, die aufgestellten Differentialgleichungen zu diskretisieren und in Programmcode umzusetzen. Damit erstellen sie selbst einfache numerische Modelle. In der zweiten Kurshälfte steht das Klimasystem und dessen Modellierung im Fokus. Dabei analysiert der Kurs, welche Besonderheiten die Modellierung dieses komplexen und chaotischen Systems bereithält. Insbesondere setzen die Teilnehmenden sich kritisch mit den Limitierungen der Klimamodellierung und den Aufgaben der Klimaforschung auseinander.

Um die Modelle besser verstehen und mit ihnen experimentieren zu können, programmieren die Teilnehmenden mit Python. Die Einführung in die Programmiersprache ist dabei Bestandteil des Kurses, praktische Aufgaben lösen sie in Gruppenarbeit. Neben Referaten hinterfragen die Teilnehmenden den Inhalt in Diskussionen.

Als mathematische Vorkenntnis für den Kurs ist das sichere Ableiten ausreichend. Programmierkenntnisse werden keine vorausgesetzt.

Fachlich untersucht der Kurs Systeme der Natur- und Klimawissenschaften und bedient sich dafür Methodik aus der Informatik.

Klimamodelle bilden das Erdsystem auf einem Gitter ab, auf dem die diskretisierten Gleichungen numerisch gelöst werden. (Quelle: NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration)

Die Kursleitung