Masterarbeit

... !! NOCH IN BEARBEITUNG !! ...


Auf dieser Seite könnt ihr einen Überblick über die angebotenen Masterarbeitsthemen am Institut für Meteorologie, GFZ Potsdam, dem Observatorium Lindenberg und dem Institut für Weltraumwissenschaften bekommen. 

Zuletzt aktualisiert am: 08.12.2017


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Rekalibrierung von dekadischen Extremwert-Vorhersagen

Betreuung: Alexander Pasternack, Prof. Dr. Henning Rust

Beschreibung: Dekadische Klimaprognosen sind von großem sozio-ökonomischen Interesse, da politische und wirtschaftliche Planungshorizonte typischerweise auf dieser Zeitskala liegen. Somit sind insbesondere Vorhersagen von Extremereignissen von Interesse. Aufgrund der Unsicherheit der Startbedingungen bei Wetter- und Klimavorhersagen, muss hierbei über Ensemble-Vorhersagen auf probabilistische Verfahren zurückgegriffen werden. Ein häufiges Problem der probabilistischen Vorhersage ist jedoch, dass die Vorhersagen nicht verlässlich sind und rekalibriert werden müssen, so dass die vorhergesagten Wahrscheinlichkeiten mit den beobachteten Häufigkeiten überein stimmen. Diesbezüglich existiert bereits ein Verfahren, dass dekadische Vorhersagen für normalverteilte Variablen rekalibriert. In dieser Arbeit soll untersucht werden, ob das bestehende Verfahren für Extremwerte direkt angewendet werden kann oder ob eine Anpassung für eine Extremwertverteilung notwendig ist.

Grundlagen: Ensemble-Vorhersagen auf Grundlage des Erdsystemmodells des MPI Hamburg (MPI-ESM-LR), Literatur, FREVA-Plugin (bzw. Skript) zur Rekalibrierung von dekadischen Vorhersagen.

Voraussetzungen: Kenntnisse in R, CDO, Unix/Linux

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Thema auf Anfrage im gemeinsamen Gespräch

Betreuung: Ingo Kirchner

Beschreibung: Anwendung von Modellen und Analyse von Modellsimulationen

Grundlagen: Programmiererfahrungen und nachweisbare Praxis (Scripting in UNIX, Python, Perl, ...), Umgang mit Werkzeugen zur Datenanalyse (CDOs, NCO, NCL, paraview, ...)

Bemerkung: Hoch motiviert sein sowie wissenschaftliche Neugier und Interesse am Verständnis
von Prozessen in der Atmosphäre und im Klimasystem

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Momentan sind leider keine Arbeitsplätze frei. 

Trotzdem gilt: Bei Interesse bitte Konakt zum Sekretariat via Marian Saman aufnehmen.

Voraussetzung: Sehr gute GIS-kenntnisse, R

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Unterschiede in der numerischen Rekonstruktion von Paleo-Klimata mit COSMOS und MPI-ESM

Betreuer: Dr. Tobias Weber, Prof. Dr. Maik Thomas

Beschreibung: Die Rekonstruktion von Paläo-Klimata beruht auf einem Vergleich von Prodydaten und numerischen Klimasimulationen. Die numerisch modellierten Klimazustände hängen maßgeblich von den gewählten Atmosphären- und Ozeanmodellen sowie deren Auflösung ab. In dieser Masterarbeit soll der Einfluss unterschiedlicher Atmosphärenmodelle betrachtet werden. Hierfür sollen Simulation mit dem gekoppelten Atmosphären- und Ozeanmodell MPI-ESM (ECHAM6/MPIOM) durchgeführt und mit bestehenden Simulationen mit COSMOS (ECHAM5/MPIOM) für das frühe Eozän (vor ca. 55 Millionen Jahren) verglichen werden.

Voraussetzungen: Kenntnisse in Unix/Linux, shell scripting, CDO, Matlab/R

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Windböen am 99m-Mast in Falkenberg

Betreuer: Dr. Frank Beyrich / Dr. Udo Rummel (MOL-RAO, DWD – Sachgebiet „Grenzschichtprozesse“) / Zweitbetreuer M. Göber (?) (FUB)

Beschreibung: Untersucht werden sollen das Auftreten und das Zeitverhalten von Windböen in verschiedenen Höhen (2.4 m, 50 m, 90 m) auf der Basis von hoch aufgelösten Turbulenzmessungen mit Ultraschallanemometern auf dem GM Falkenberg. Betrachtet werden sollen verschiedene typische meteorologische Situationen. Die Ergebnisse „klassischer“ Windmessungen mittels Schalenstern-Anemometern sollen vergleichend betrachtet werden. Sie sollen auch zur Auswahl geeigneter Fälle genutzt werden

Grundlagen: Datengrundlage sind Messungen mit Ultraschall-Anemometern in 10Hz-Auflösung über einen Zeitraum von einem Jahr, sowie Windprofilmessungen mittels Schalenstern-Anemometern in 10-min Auflösung (Mittelwert, Standardabweichung, Maximalwert)

Voraussetzungen: Programmierkenntnisse / Fähigkeit zum Umgang mit Software zur Bearbeitung größerer Datenmengen


Charakterisierung der Nahfeldeigenschaften der im DWD-Messnetz eingesetzten Ceilometer

Betreuer: Dr. Ulrich Görsdorf (MOL-RAO, DWD – Sachgebiet „Fernmessung“) / Dr. Ina Mattis (MOHp, DWD), Zweitbetreuer NN (FUB)

Beschreibung: Ceilometer werden im meteorologischen Messnetz des DWD zur Ableitung  der Wolkenbasis und  von Aerosolprofilen eingesetzt. Die Güte dieser atmosphärischen Messgrößen hängt unter anderem  von den Nahfeldeigenschaften der Ceilometer ab. Durch statistische Analyse der von Ceilometern gemessenen Aerosolprofile an Strahlungstagen sind die Nahfeldeigenschaften von Ceilometern und  deren Variabilität zu charakterisieren.

Grundlagen: Datengrundlage sind die im NetCDF-Format vorliegenden Messungen der im DWD-Netz eingesetzten Ceilometer. Die Methode zur Bestimmung der Nahfeldeigenschaften ist in Hervo et al: An empirical method to correct for temperature-dependent variations in the overlap function of CHM15k ceilometers (www.atmos-meas-tech.net/9/2947/2016/) beschrieben.

Voraussetzungen: Programmierkenntnisse / Fähigkeit zum Umgang mit Software zur Bearbeitung größerer Datenmengen


Referenzdaten aus Radiosondierungen

Betreuer: Ruud Dirksen (MOL-RAO, DWD – Sachgebiet „In-situ Sondierung“) / Zweitbetreuer: N.N. (FU Berlin)

Beschreibung: Um aus Radiosondenaufstiegsdaten Referenzdaten z.B. für die Klimaforschung zu erzeugen ist es notwendig, die Messdaten zu korrigieren für bekannte Fehler. Es geht hier z.B. um Fehler der Temperaturdaten oder Feuchtedaten durch Einstrahlung der Sonne. In der Arbeit sollen Korrekturalgorithmen für bestimmte häufig verwendete Radiosondentypen entwickelt und implementiert werden, um damit ein Archiv von 5-10 Jahren Radiosondierungen zu prozessieren. Der prozessierte Datensatz wird genutzt, um die Messdaten von verschiedenen Radiosondentypen statistisch mit einander abzugleichen um damit die systematischen Unterschiede zu bestimmen. Dies ist die Grundlage zur Bestimmung der Messunsicherheiten von den Radiosonden.

Grundlagen: Mehrjährige Datensätze von Aufstiegen mittels operationellen Radiosondetypen (Vaisala RS92, Vaisala RS41, Graw DFM09) und des Referenz/Forschungsinstrumentes CFH (Taupunktspiegelinstrument)

Voraussetzungen: Gute Programmierkenntnisse, gute Erkenntnisse/Erfahrung mit statistischen Methoden zur Datenauswertung


Vergleich der Datensätze von Land (MOL-RAO, Lindenberg) und Stadt (FUB, Berlin) Strahlungsmessstationen

Betreuer: Dr. Lionel Doppler (MOL-RAO, DWD – Sachgebiet „Strahlungsprozesse“), Zweitbetreuer: N.N.  (FU Berlin)

Beschreibung: An der FU Berlin (Institut für Meteorologie) ist eine kleine Strahlungsmessstation installiert. Diese Strahlungsmessstation enthält (bzw. wird ab Frühling 2018 enthalten):

  • Ein Pandora UV und Sichtbares Spektrometer Direkt-Sonne für Spektroskopie und Auswertungen von Ozon, Aerosol und Spurgasen.
  • Ein Cimel CE318 Sonnenphotometer für die Ableitung der Aerosol Optische Dicke (AOD) und der Wasserdampfsäule (PWV)
  • Ein Pyranometer (kurzwellige Breitbandstrahlung: 200-3500 nm) mit Schattenring (Messwert: „D“- Diffuse Strahlung)
  • Ein UV-Filterradiometer für UVA (315-400 nm) und UVE (Erythema Funktion für die Berechnung des UV-Indexes)
  • Ein Array-Spektrometer PSR (Precision Spectroradiometer) für die Spektroskopie (spektrale Bestrahlungsstärke, 1024 Wellenlänge zw. 300 und 1020 nm) in Direkt und Global Modus.

Gleiche Exemplare dieser 5 Geräte sind auch 70 km Luftlinie entfernt in Lindenberg am Observatorium DWD/MOL-RAO auf der Strahlungsmessplattform installiert. Die Idee dieser Masterarbeit ist, den Datensatz der FUB mit dem Datensatz von MOL-RAO zu vergleichen, und die Unterschiede mit den Stadt/Land Unterschieden (Aerosol, Gasen) quantitativ zu erklären.

Grundlagen & Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Programmierungssprachen (Python, IDL, R oder Fortran), Lust auf Programmierung zu haben, Motivation neue Programmierungstechniken/Sprachen zu lernen, Grundkenntnisse in Strahlung, Aerosol und atmosphärische Komposition

 

Modellierung der langwelligen Gegenstrahlung für ausgewählte Standorte in Deutschland

Betreuer: Dr. Stefan Wacker (MOL-RAO, DWD – Sachgebiet „Strahlungsprozesse“), Zweitbetreuer: N.N.  (FU Berlin)

Beschreibung: Die langwellige atmosphärische Gegenstrahlung steht in direkter Beziehung zum Treibhauseffekt und stellt eine bedeutende Grösse im Strahlungshaushalt dar, deren genaue Kenntnis  somit von enormer Wichtigkeit ist und zwar sowohl in der Meteorologie als auch in der Klimaforschung und den damit verbunden Anwendungen. Aufgrund der limitierten Anzahl von direkten Bodenmessungen der Gegenstrahlung und den Unsicherheiten in ihrer Bestimmung aus Satellitendaten, kommt der Modellierung eine besondere Bedeutung zu. In Prinzip kann die Gegenstrahlung mit Hilfe von Strahlungstransfermodellen innerhalb der Messunsicherheit von ca. 5 Wm-2  berechnet werden, vorausgesetzt die vertikalen Temperatur- und Wasserdampfprofile, sowie die vertikalen Profile von Kohlendioxid, Ozon, Aerosolen und weiterer aktiver Spurengase sind bekannt. Da dies weltweit nur an ganz wenigen Standorten der Fall ist, wird bei  nicht Vorhandensein dieser Profilmessungen die Gegenstrahlung mit Hilfe von so genannten Parametrisierungen modelliert, welche zur Berechnung der Gegenstrahlung routinemäßig gemessene Variablen wie die Lufttemperatur und Feuchte verwenden.   In dieser  Masterarbeit sollen für gut zehn Standorte in Deutschland bestehende Parametrisierungen optimiert werden, so dass die langwellige Gegenstrahlung an diesen Standorten möglichst innerhalb der Messunsicherheit modelliert werden kann. Die Optimierung und die Validierung der Parametrisierung erfolgt mit Hilfe von präzisen Messungen aus dem Bodenmessnetz des DWD.  Die Berechnungen sollen dann einerseits dazu dienen, den Strahlungseffekt der Wolken zu erfassen, anderseits sollen die Modelle wiederum Anwendung in der Qualitätssicherung der Messungen finden.

Grundlagen & Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Strahlung und Strahlungstransfer; Grundkenntnisse in Programmierungssprachen (Python, IDL, R oder Matlab)




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