Das Klimasystem und seine Modellierung

Das Buch bietet eine Einführung in die moderne Klimatologie mit ihren Prognose- und Interpretationsmodellen. Es gibt einen Überblick über die Vorstellungen, die man heute vom Klima und von klimarelevanten Prozessen hat, und wie man diese konzeptionell und quantitativ - also mit Modellen - zu beschreiben versucht. Der Text ist allgemein verständlich geschrieben und setzt keine besonderen Kenntnisse der Mathematik und Physik voraus. Dieses Lehrbuch basiert auf einer Vorlesung am Meteorologischen Institut der Universität Hamburg und richtet sich hauptsächlich an Studenten der Geowissenschaften und Physik, daneben an ebenfalls mit Klima befaßten Disziplinen der Land-, Forst- und Umweltwissenschaften.

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Autorentext
Prof. Dr. Hans von Storch ist Direktor des Instituts für Küstenforschung, GKSS, Geesthacht und lehrt am Institut für Meteorologie der Universität Hamburg.

Klappentext
Das Buch bietet eine Einführung in die moderne Klimatologie mit ihren Prognose- und Interpretationsmodellen. Es gibt einen Überblick über die Vorstellungen, die man heute vom Klima und von klimarelevanten Prozessen hat, und wie man diese konzeptionell und quantitativ - also mit Modellen - zu beschreiben versucht. Der Text ist allgemein verständlich geschrieben und setzt keine besonderen Kenntnisse der Mathematik und Physik voraus. Dieses Lehrbuch basiert auf einer Vorlesung am Meteorologischen Institut der Universität Hamburg und richtet sich hauptsächlich an Studenten der Geowissenschaften und Physik, daneben an ebenfalls mit Klima befaßten Disziplinen der Land-, Forst- und Umweltwissenschaften.

Inhalt
1 Einführung.- 1.1 Übersicht.- 1.2 Modernes naturwissenschaftliches Klimaverständnis.- 1.3 Modelle in der Klimaforschung.- 2 Klimarelevante Prozesse.- 2.1 Energie und Strahlung.- 2.1.1 Strahlung.- 2.1.2 Wärmetransporte.- 2.1.3 Transport von Energie im Wasserkreislauf.- 2.2 Dynamik der Atmosphäre.- 2.2.1 Erzeugung von Bewegung.- 2.2.2 Vertikalstruktur der Atmosphäre.- 2.2.3 Allgemeine Zirkulation.- 2.2.4 Regionale Strukturen.- 2.2.5 Turbulenz.- 2.2.6 Aerosolpartikel.- 2.2.7 Wolken und Niederschlag.- 2.3 Zirkulation des Ozeans.- 2.3.1 Meeresoberflächenströmungen.- 2.3.2 Tiefenzirkulation.- 2.3.3 Wellen und Wirbel.- 2.4 Spurenstoffkreisläufe.- 2.4.1 Wasserdampf.- 2.4.2 Kohlendioxid.- 2.4.3 Methan.- 2.4.4 Stickstoffverbindungen.- 2.5 Kryosphäre.- 3 Natürliche Klimavariabilität.- 3.1 Jahres- und Tagesgang.- 3.2 Wetter.- 3.3 Interannuale Klimaschwankungen.- 3.3.1 ENSO-Phänomen.- 3.3.2 Nordatlantische Oszillation1.- 3.3.3 Temperaturentwicklung seit 1900.- 3.3.4 Die Frage der Sonnenflecken.- 3.4 Homogenitätsproblematik.- 3.5 Historische Klimavariationen.- 3.6 Paläoklimatologie.- 3.6.1 Vereisungen.- 3.6.2 Klimarekonstruktion der Kalt- und Warmzeiten.- 3.6.3 Milankovi?-Theorie.- 4 Konzeptionelle Modelle.- 4.1 Klimazonen.- 4.2 Ein exemplarisches Energiebilanzmodell.- 4.2.1 Vereinfachte Bilanzgleichung für Energie.- 4.2.2 Diskretisierung.- 4.2.3 Schließung der Gleichung.- 4.2.4 Berechnungen: Integration.- 4.3 Physikalisch orientierte Modelle.- 4.4 Nichtlinearität und Chaos.- 4.5 Fluktuationen als stochastische Vorgänge.- 4.6 Wechselwirkungen verschiedener Prozesse.- 4.6.1 Gedämpftes System mit Störungen.- 4.6.2 Wirkung von positiven Rückkopplungen.- 5 Grundlagen von Strömungsmodellen.- 5.1 Grundgleichungen der Strömungs- und Thermodynamik.- 5.1.1 Zustandsvariablen.- 5.1.2 Gesetz der Massenerhaltung.- 5.1.3 Prinzip der Energieerhaltung.- 5.1.4 Impulserhaltung.- 5.1.5 Massenbilanzen für Beimengungen.- 5.1.6 Zustandsgieichungen.- 5.1.7 Zusammenfassung.- 5.2 Diskretisierung.- 5.2.1 Räumliche Diskretisierung.- 5.2.2 Zeitliche Diskretisierung.- 5.3 Parametrisierung und subskalige Prozesse.- 5.3.1 Schließungsproblem.- 5.3.2 Beispiel 1: Turbulenz.- 5.3.3 Beispiel 2: Konvektion und Wolkenbildung.- 5.3.4 Kritische Übersicht.- 5.4 Numerische Integration.- 6 Realitätsnahe Modelle des Klimasystems.- 6.1 Wettervorhersagemodelle.- 6.2 Modelle zur Klimasimulation.- 6.2.1 Methodik von Simulationen.- 6.2.2 Wechselwirkung von Atmosphäre und Ozean.- 6.2.3 Klimadrift und Flußkorrektur.- 6.2.4 Technische Details.- 6.2.5 Modellierung von Stoflkreisläufen und Biosphäre.- 6.3 Simulationen von Klimazuständen.- 6.3.1 Kontrollsimulationen des derzeitigen Klimas.- 6.3.2 Rekonstruktion von Paläoklimaten.- 6.3.3 Klimate anderer Planeten.- 6.3.4 Regionale und lokale Strukturen.- 6.4 Numerische Experimente mit Modellen.- 6.4.1 Zielsetzung.- 6.4.2 Wirksamkeit von Prozessen.- 6.4.3 Einschwingzeit der Atmosphäre.- 6.4.4 Sensitivität gegenüber Randbedingungen.- 6.5 Anwendung zur Klimavorhersage.- 6.5.1 Prognosen des ENSO-Phänomens.- 6.5.2 Großskalige Ölbrände in Kuwait.- 6.6 Beurteilung der Klimamodelle.- 7 Anthropogene Klimaänderung.- 7.1 Übersicht.- 7.2 Emissions- und Konzentrations-Szenarien.- 7.2.1 Szenarien zukünftiger Emissionen.- 7.2.2 Erwartete Konzentrationen der Treibhausgase.- 7.3 Klimaszenarien realitätsnaher Modelle.- 7.3.1 Transiente Szenarienrechnungen.- 7.3.2 Ergebnisse eines exemplarischen Klima-Szenarios.- 7.3.3 Problem Kaltstart.- 7.3.4 2 × CO2-Simulationen.- 7.3.5 Informations wert von Szenarienrechnungen.- 7.3.6 Kritische Bewertung der Szenarien.- 7.4 Nachweis anthropogener Klimabeeinflussung.- 7.4.1 Zielsetzung.- 7.4.2 Natürliche Variabilität.- 7.4.3 Gewichtungsmuster und Nachweisvariable.- 7.4.4 Nachweis.- 7.4.5 Beurteilung.- 7.5 Lokale und regionale Szenarien.- 7.5.1 Hochaufgelöste Zeitscheibenexperimente.- 7.5.2 Regionalmodelle.- 7.5.3 Empirische Modelle.- 7.5.4 Implikationen.- 8 Klima und Gesellschaft.- 8.1 Übersicht.- 8.2 Historischer Überblick: gesellschaftliche Vorstellungen zum Einfluß von Klima.- 8.3 Klimafolgenforschung.- 8.3.1 Grundproblematik.- 8.3.2 Direkt beeinflußte Systeme.- 8.3.3 Indirekt beeinflußte Systeme.- 8.4 Ökonomische Aspekte des Klimawandels.- 8.4.1 Klimaänderung als Kostenfaktor.- 8.4.2 Ein zeitabhängiges Sechs-Komponenten-Modell.- 8.4.3 Beurteilung.- 8.4.4 Übersicht Klimapolitik.- 8.5 Vorstellungen von Klimawandel.- 8.5.1 Problemstellung.- 8.5.2 Natürliche Variabilität versus Kausalitätsdenken.- 8.5.3 Die Kempton-Studie.- 8.5.4 Soziale Interpretationsmechanismen.- 9 Résumé.- 10 Anhang.- 11 Literatur.- Stichwortverzeichnis.

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