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 +====== Bachelorarbeiten ======
  
 +===== Externe Arbeiten =====
 +  * **[[:studium:externe_arbeiten | Wichtige Info zu externen Bachelorarbeiten!]]**
 +
 +===== Form =====
 +  * {{:studium:Anleitung_Abschlussarbeiten_MIM.pdf| Hinweise zur Form der Abschlussarbeiten am MIM}}
 +
 +
 +===== Themen für Bachelorarbeiten am Lehrstuhl Theoretische Meteorologie =====
 +
 +====The impact of observation errors====
 +
 +The success of weather prediction comes in a large part because we can verify the forecasts every day against observations. But the observations contain errors and recent experiments have shown that even small errors can make the verification unreliable. This project is based on programming a simple statistical forecast model, where the impact of different observation errors can be investigated.
 +
 +For more detailed information please contact George Craig.
 +
 +
 +====Stratosphere-troposphere and climate dynamics====
 +
 +Topics broadly in the area of stratosphere-troposphere and climate dynamics are available upon request. Recent research topics in our group include: variability and long-term trends in the width of the tropical belt, processes that govern the temperature structure of the tropical tropopause layer, the dynamics of sudden stratospheric warmings and their coupling to the troposphere, transport processes in the upper troposphere / lower stratosphere. Interested candidates are asked to look through research topics on our group's website, in particular our recent publications: //[[https://www.meteo.physik.uni-muenchen.de/~Thomas.Birner/pubs.html]]//.
 +
 +For more detailed information please contact Thomas Birner. 
 +
 +====Weitere Themen auf Anfrage====
 +
 +Bei Interesse an Bachelorarbeiten im Lehrstuhl für Theoretische Meteorologie bitte bei Prof. G. Craig oder Dr. C. Keil nachfragen.
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 +Nachfolgend eine Aufstellung konkreter Bachelorarbeitsthemen aus dem Lehrstuhl für Theoretische Meteorologie:
 +
 +====Linearity in convective-scale error growth====
 +
 + Hohenegger and Schär (2007a,b) estimated the linearity timescale of small-scale error growth in convective systems to a few hours. On the other hand they also showed that small amplitude errors grow much faster which contradicts the linearity assumption. Within the Bachelor thesis a series of different error growth experiments shall be performed using several initial error growth amplitudes and structures. The resulting growth rates and correlation timescales shall than be evaluated and compared. 
 +
 +References: 
 +
 +Hohenegger, C. and C. Schär, 2007a: Atmospheric predictability at synoptic versus cloud-resolving scales. Bulletin of the American Meteorological Society, 88 (11), 1783–1793.
 +
 +Hohenegger, C. and C. Schär, 2007b: Predictability and error growth dynamics in cloud-resolving models. Journal of the Atmospheric Sciences, 64 (12), 4467–4478. 
 +
 +Kontakt und Betreuung:  Tobias Selz
 +
 +
 +====Berechnung der konvektiven Zeitskala auf der Basis von Beobachtungen====
 +
 +Konvektive Niederschläge können einerseits durch synoptisch-skalige Wettersysteme als auch durch lokale Prozesse ausgelöst werden. Die auf der Basis von Modelldaten berechnete konvektive Zeitskala ermöglicht die objektive Unterscheidung dieser unterschiedlichen Strömungsregime. Ziel dieser Arbeit ist die 
 +Berechnung der konvektiven Zeitskala basierend auf Beobachtungen.
 +
 +Methoden und Vorgehen:
 +  - Einarbeitung in das Thema 
 +  - Einarbeitung in den vorhandenen Programmcode (fortran) zur Berechnung von CAPE
 +  - Bestimmung des beobachteten, stündlichen Niederschlags
 +  - Berechnung der konvektiven Zeitskala
 +  - Vergleich mit modellbasierten Werten
 +
 +Kontakt und Betreuung: Christian Keil
 +
 +==== Sensitivity studies with data assimilation in a modified shallow water model ====
 +Different sensitivities will be researched using a modified shallow water model ([[http://www.schweizerbart.de/papers/metz/detail/prepub/82286/A_simple_dynamical_model_of_cumulus_convection_for_data_assimilation_research?l=EN|Paper]]). 
 +  - Generate new observation fields and examine the influence on the analysis quality.
 +  - Devise and apply new error measure (eg error in the life cycle of clouds)
 +  - Examination of the predictability/error growth.
 +Requirements:
 +  - Basic Programming knowledge is useful (Python will be used)
 +
 +Contact: Michael Würsch
 +
 +
 +==== Assimilation of surface wind measurements with KENDA-COSMO ====
 +
 +Surface observations represent an important source of information for numerical weather forecasts
 +but their use has proven to be difficult and their full potential is currently not exploited. A dense network of surface stations provide wind measurements over Germany. Using a kilometer-scale ensemble data assimilation (KENDA) system, these data can be assimilated into the COSMO-DE limited area model. However, due to a larger representativeness error in mountainous terrain wind observations are only used in Northern Germany where the terrain is sufficiently flat.
 +
 +{{ :lscraig:allsynop_wind_map.png?200|}}
 +{{ :lscraig:actsynop_wind_map.png?200|}}
 +
 +The aim of the project is to investigate the possibility of assimilating surface wind observations  
 +all over Germany using the KENDA-COSMO system. Error statistics of surface observations shall be investigated using already available COSMO-DE forecasts with a focus on the representativeness error of wind observations. These findings shall provide the basis for a series of data assimilation experiments computed with the local linux cluster.
 +
 +The project requires a basic knowledge of programming and numerical weather prediction. The project will be performed in the framework of the HErZ Data Assimilation Branch at MIM.
 +
 +Contact: Florian Harnisch, Martin Weissmann
 +
 +
 +====Verification norms for evaluating observation impact ====
 +
 +The knowledge of the impact of different observations on the accuracy of forecasts is crucial to optimize observing and data assimilation systems. Traditional methods as data denial experiments (i.e. rerunning the model for every possible configuration) can only be conducted occasionally due to their computational costs. For this reason, a new ensemble-based method to estimate the impact of observations has been implemented in the pre-operational DWD KENDA-COSMO ensemble data assimilation system in the framework of the HErZ Data Assimilation Branch at MIM.
 +
 +The above picture shows exemplarily the spatial distribution of approximated impact of aircraft measurements (negative values green, positive values red). The size of the markers is proportional to the impact values. Similar figures shall also be plotted in the proposed thesis.
 +
 +{{ :lscraig:image3015a.png?nolink&400|}}
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 +The task of the bachelor thesis is to compare different verification norms in order to accurately represent the impact of all the distinct observations. The work will rely on output of the operational COSMO-DE model and the experimental KENDA ensemble data assimilation system. Furthermore, the impact estimating tool, developed at LMU, will be extensively used.
 +
 +The project requires basic knowledge of programming.
 +
 +Contact: Matthias Sommer and Martin Weissmann
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 +
 +====Topics related to Tropical Meteorology====
 +
 +  * Observational analyses of tropical cyclones
 +
 +  * The thermodynamic structure of the tropical atmosphere
 +
 +  * The structure and dynamics of heat lows
 +
 +  * Gulf of Carpentaria convergence lines
 +
 +These projects would involve analyses of gridded analysis data and/or observational data and their interpretation.
 +
 +Contact:  Prof. Roger Smith (Room 230)\\
 +Email: roger.smith@lmu.de
 +
 +
 +====Evaluierung saisonaler Temperatur und Niederschlagstrendprognosen für Deutschland ====
 +
 +Der Deutsche Wetterdienst (DWD) nutzt zahlreiche Daten u. a. vom
 +Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW). Am EZMW
 +werden auch Prognosesysteme für langfristige Zeiträume (Monate,
 +Jahreszeiten) entwickelt, wobei gerade die Energie- und Landwirtschaft
 +großes Interesse an solchen Prognosen hat. Die bisherige Prognoseleistung
 +speziell für Niederschlag war in der Vergangenheit allerdings eher
 +bescheiden.  Ende 2011 gab es nun eine Umstellung des Prognosesystems.
 +Die Abteilung Klima+Umwelt (KU) des DWD in Offenbach bietet die Aufgabe einer qualitätsbezogenen
 +Auswertung der saisonalen Temperatur- und Niederschlagstrendprognosen für
 +Deutschland an. 
 +Ziel der Arbeit ist ein Vergleich der Anomalie-Prognosen mit den Beobachtungsdaten sowohl im deterministischen als auch im probabilistischen Sinn.
 +
 +Benötigte Vorkenntnisse: 
 +   * Programmierkenntnis, (z.B. Fortran, C, oder Python), bzw. Kenntnis von Auswerte/Graphikprogrammen wie „R“, NCL, Grads o. ä.
 +   * Sicherer Umgang auf Unix-Umgebung
 +
 +Die Durchführung der Arbeit ist auch im Rahmen eines Praktikums beim DWD in Offenbach möglich.
 +
 +Kontakt: Christian Keil
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 +Nachfolgend mögliche Themen am DLR Oberpfaffenhofen:
 +
 +====Struktur der Stratosphäre während einer plötzlichen Stratosphärenerwärmung ====
 +
 +
 +Während der RECONCILE Messkampagne im Januar 2010 wurden auf dem
 +russischen Höhenforschungsflugzeug GEOFYSIKA u.a. Messungen mit nach
 +oben und nach unten schauenden LIDAR-Instrumenten durchgeführt. Die
 +Rückstruung des Laserstrahles an Aerosol-, Wasser- oder Eisteilchen wird
 +verwendet, um polare stratosphärische Wolken zu identifizieren und deren
 +mikrophysikalischen Eigenschaften zu bestimmen.
 +
 +Zusätzlich gibt die räumliche Variabilität der gemessenen Wolken auch
 +Hinweise auf räumliche Strömungsmuster. Am 24. Januar 2010 wurden auf
 +einem Messflug von Nordschweden nach Spitzbergen auffällige,
 +wellenartige Strukturen beobachtet. In der gleichen Zeitperiode fand
 +eine plötzliche Erwärmung der Stratosphäre statt, ein Phänomen, welches
 +mit starken Störungen in den thermo-dynamischen Feldern verbunden ist. 
 +
 +Ziel der Arbeit ist es herauszufinden, ob die beobachteten Muster der
 +polaren Stratosphärenwolken durch die meteorologischen Felder erklärt
 +werden können und ob diese Strukturen in direktem Zusammenhang mit der
 +Stratosphärenerwärmung stehen.
 +
 +Daten:
 +
 +   * LIDAR-Rückstreudaten
 +
 +   * Operationelle Analysen des ECMWF
 +
 +Voraussetzungen:
 +
 +   * Interesse an und Grundkenntnisse in atmosphärischer Dynamik 
 +
 +   * Grundkentnisse in UNIX und einer Programmiersprache zur Analyse und dem Darstellen der Messdaten und der meteorologsichen Analysen
 +
 +
 +Betreuung:
 +
 +Dr. Andreas Dörnbrack, DLR Oberpfaffenhofen, andreas.doernbrack@dlr.de, 08153 282588
 +
 +====Luftströmungen in Polaren Tiefdruckgebieten  - Haben Polartiefs conveyer belts?====
 +
 +Während der internationalen Messkampagne IPY-THORPEX wur­den mit dem DLR Forschungsflugzeug Falcon im März 2008 Messungen zwischen Nordnorwegen und Spitzbergen vorgenommen (http://www.pa.op.dlr.de/ ipy_thorpex). Ziel der Messungen war die Erforschung der Entstehung und Entwicklung von polaren Tiefdruckgebieten. 
 +Ungleich extratropischen Zyklonen, die an der Frontalzone in den Mittelbreiten entstehen, entwickeln sich polare Tiefdruckgebiete häufig in Zusammenhang mit Kaltluftausbrüchen über dem Nordatlantik. Browning (1990) stellte ein konzeptuelles Conveyor-Belt-Modell auf, das die
 +Interaktion verschiedener Luftströme in den extratropischen Zyklonen erklärt. Carrasco und Bromwich (1995) analysierten unter Verwendung von Stationsmessungen die Entstehung einer kleinskaligen Zyklone in der Antarktis und weisen auf vergleichbare Luftströme hin.
 +
 +Ziel dieser Arbeit ist es, mit Hilfe von lagrangschen Trajektorien eine Methode zu entwickeln, um Luftströme in polaren Tiefdruckgebieten zu identifizieren. Es wird ein Trajektorienmodell, das auf
 +Wettermodelldaten des European Centre for Medium-Range Weather Forecasts  (ECMWF) angetrieben wird, angewendet. Die Ergebnisse der Rechnungen sollen klären, ob Luftbewegungen existieren, die mit dem klassischen Conveyor-Belt-Modell vergleichbar sind.
 +Die Methode soll an einem Tiefdrucksystem getestet werden, das während IPY THORPEX beobachtet wurde. Die Bachelorarbeit soll einen Beitrag zum Verständnis der Bewegung der Luft im Tief sowie des Entstehungszyklus beitragen. 
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 +
 +Voraussetzungen: Grundkenntnisse in LINUX, Grundkenntnisse in und Interesse an Synoptischer Meteorologie und Atmosphärischer Dynamik
 +
 +Kontakt und Betreuung: Andreas Schäfler (DLR)
 +
 +====Untersuchung der Qualität und Variabilität von Ensemble Vorhersagen====
 +
 +Die Vorhersagequalität als auch die Vorhersagbarkeit von konvektiven Niederschlägen hängt entscheidend von der meteorologischen Situation ab. Mit Hilfe der konvektiven Zeitskala lassen sich  verschiedene Strömungssituationen, bei denen es zu starken Niederschlägen kommt, objektiv unterscheiden.
 +Für verschiedene [[http://www.hymex.org | HyMeX]] Fallstudien liegen COSMO Ensemble Vorhersagen für das westliche Mittelmeergebiet vor. Ziel der Arbeit ist die Überprüfung der Qualität sowie der  Variabilität der Niederschlagsvorhersagen.
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 +Methoden und Vorgehen:
 +  - Einarbeitung in das Thema und in die Programmiersprache python
 +  - Darstellung des mittleren Niederschlags und der Variabilität 
 +  - Anwendung verschiedener Qualitätsmaße auf Ensemble Modellvorhersagen
 +  - Auswertung und Diskussion der Ergebnisse
 +
 +Kontakt und Betreuung: Christian Keil
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 +====Wasserdampftransport über der Barentssee====
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 +Während der internationalen Messkampagne IPY-THORPEX  wurden mit dem DLR Forschungsflugzeug Falcon im März 2008 Messungen zwischen Nordnorwegen und Spitzbergen vorgenommen (http://www.pa.op.dlr.de/ipy_thorpex). Ziel der Messungen war die Erforschung der Entstehung und Entwicklung von polaren Tiefdruckgebieten, die sich bei Kaltluftausbrüchen über dem Nordatlantik ausbilden. Die DLR Falcon war mit einem Wasserdampf- und einem Dopplerwind-Lidar ausgerüstet. Zusätzlich wurden während der Messkampagne auch noch 150 Dropsonden geworfen. Weitere Daten sind die in-situ Messungen von Wind, Temperatur und Feuchte auf der Falcon.
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 +Ziel dieser Batchelorarbeit ist die Untersuchung des horizontalen Wasserdampftransportes aus den Lidar-Daten für ausgewählte Messtage während der Entwicklung einer Polartief. Die Ergebnisse werden dazu dienen, die Entwicklungsbedingungen für polare Tiefdruckgebiete besser charakterisieren und verstehen zu können. Über dem Nordmeer existieren so gut wie keine operationellen Daten, sodass Vorhersagen von Polartiefs für die meteorologischen Dienste eine große Herausforderung sind. Für die Berechnung des Wasserdampftransportes wird der von Schäfler et al (2009) entwickelte Algorithmus verwendet. Zudem liegen auch meteorologische Analysen vom ECMWF vor, mit den die Messungen und Berechnungen verglichen werden sollen. Die Batchelorarbeit wird damit einen interessanten Einblick in das arktische Wetter und die Analyse und Bewertung von Flugzeugmessungen geben.
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 +Voraussetzungen: Grundkenntnisse in LINUX, Grundkenntnisse in und Interesse an Synoptischer Meteorologie und Atmosphärischer Dynamik, Interesse an der Analyse und Interpretation von Messdaten
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 +Kontakt und Betreuung: Andreas Dörnbrack (DLR), Andreas Schäfler (DLR)
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