Suchergebnis: Katalogdaten im Herbstsemester 2020
Erd- und Klimawissenschaften Bachelor  | ||||||
 Vertiefungen | ||||||
| Vertiefung Klima und Wasser Für Beratungen in der Vertiefung Klima und Wasser steht Dr. Hanna Joos, Institut für Klima und Atmosphäre, zur Verfügung | ||||||
| Vertiefung | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
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| 701-0471-01L | Atmosphärenchemie | W | 3 KP | 2G | M. Ammann, T. Peter | |
| Kurzbeschreibung | Diese Vorlesung bietet eine Einführung in die Atmosphärenchemie auf Bachelorniveau. Neben Grundlagen zu Reaktionen in der Gasphase, Löslichkeit und Reaktionen in Aerosolen und in Wolken werden die Zusammenhänge erläutert, die zu globalen Problemen wie der stratosphärischen Ozonzerstörung bis hin zu lokalen Problemen wie städtischer Luftverschmutzung führen. | |||||
| Lernziel | Die Studierenden erarbeiten sich ein Grundverständnis atmosphären-chemischer Reaktionen in der Gasphase sowie von Reaktionen und Prozessen auf Aerosolen und in Wolken. Sie kennen die wichtigsten chemischen Prozesse in der Troposphäre und Stratosphäre. Sie kennen und verstehen die wichtigsten atmosphärischen Umweltprobleme wie Luftverschmutzung, Veränderungen der Ozonbildung und Oxidationskapazität in der regionalen und globalen Troposphäre, stratosphärische Ozonzerstörung und die Zusammenhänge zwischen Luftverschmutzung und Klimawandel. | |||||
| Inhalt | - Ursprung und Eigenschaften der Atmosphäre: Struktur, Zusammensetzung (Gase und Aerosole), grossskalige Zirkulation, UV-Strahlung - Thermodynamik und Kinetik von Gasphasen-Reaktionen: Reaktionsenthalpie und freie Energie, Ratengleichungen, Mechanismen biomolekularer und termolekularer Reaktionen - Troposphärische Photochemie: Photolysereaktionen, Photochemie der troposphärischen Ozonbildung, HOx Budget, trockene und feuchte Deposition - Aerosole und Wolken: Chemische Eigenschaften, primäre und sekundäre Aerosolquellen, Löslichkeit von Gasen, Hygroskopizität, Kinetik der Gasaufnahme in Aerosolen, N2O5 Chemie, Oxidation von SO2, Bildung sekundärer organischer Aerosole - Luftqualität: Rolle der Grenzschicht, Sommer- und Wintersmog, Umweltprobleme, Gesetzgebung, Langzeittrends - Stratosphärenchemie: Chapman Zyklus, Brewer-Dobson Zirkulation, katalytische Ozonzerstörung, polares Ozonloch, Montreal Protokoll - Globale Aspekte: Globale Budgets von Ozon, Methan, CO und NOx, Luftqualität-Klimawechselwirkungen | |||||
| Skript | Vorlesungsunterlagen (Folien) werden laufend während des Semesters jeweils mind. 2 Tage vor der Vorlesung zur Verfügung gestellt. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Die Vorlesung "Atmosphäre" LV 701-0023-00L oder äquivalente Kenntnisse, sowie der Besuch von Grundvorlesungen in Chemie und Physik werden erwartet. Jeweils Montags (oder nach Vereinbarung) findet ein Zusatztutorium statt. Dieses bietet die Gelegenheit, mit den Tutoren Unklarheiten aus der Vorlesung zu besprechen sowie die Übungsaufgaben vor- und nachzubesprechen. Eine Teilnahme wird sehr empfohlen. | |||||
| 701-0475-00L | Atmosphärenphysik | W | 3 KP | 2G | U. Lohmann | |
| Kurzbeschreibung | In dieser Veranstaltung werden die Grundlagen der Atmosphärenphysik behandelt. Dies umfasst die Themen: Wolken- und Niederschlagsbildung insb. Vorhersage von Gewitterbildung, Aerosolphysik sowie künstliche Wetterbeeinflussung. | |||||
| Lernziel | Die Studierenden können - die Mechanismen der Gewitterbildung mit Wissen über Feuchteprozesse und Wolkenmikrophysik erklären. - die Bedeutung der Wolken und Aerosolpartikel für die künstliche Niederschlagsbeeinflussung evaluieren. | |||||
| Inhalt | Im ersten Teil werden ausgewählte Konzepte der für atmosphärische Prozesse wichtigen Thermodynamik eingeführt: Die Studierenden lernen das Konzept des thermodynamischen Gleichgewichts kennen und leiten ausgehend vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik die Clausius-Clayperon Gleichung her, welche für die Behandlung von Phasenübergängen in atmosphärenphysikalischen Prozessen wichtig ist. Ausserdem erlernen die Studierenden die Klassifizierung von Sonderierungen sowie den Umgang mit thermodynamischen Diagrammen (z.B. Tephigramm) und die Kennzeichnung charakteristischer Punkte (Wolkenbasis etc.) darin. Das Konzept von atmosphärischen Mischungspozessen wird anhand der Nebelbildung eingeführt. Anhand vom "Luftpaket-Modell" wird das Konzept der Konvektion erarbeitet. Im mittleren Teil des Kurses werden Aerosolpartikel eingeführt. Neben einer Beschreibung der physikalischen Eigenschaften dieser Partikel lernen die Studierenden die Rolle von Aerosolpartikeln in diversen atmosphärischen Prozessen kennen. Das Konzept der Köhler-Theorie wird eingeführt und die Bildung von Wolkentröpfchen und Eiskristallen werden diskutiert. Im dritten Teil des Kurses werden die Arten der Niederschlagsbildung eingeführt und unterschiedliche Formen von Niederschlag (konvektiv vs. stratiform) diskutiert, welche anhand der Diskussion von Stürmen und deren Entwicklungsstufen vertieft werden. Den Abschluss der VL bildet eine Anwendung des gelernten bzgl. der künstlichen Niederschlagsbeeinflussung | |||||
| Skript | Powerpoint Folien und Lehrbuchkapitel werden bereitgestellt. | |||||
| Literatur | Lohmann, U., Lüönd, F. and Mahrt, F., An Introduction to Clouds: From the Microscale to Climate, Cambridge Univ. Press, 391 pp., 2016. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Während der Hälfte des Kurses benutzen wir das Konzept des invertierten Unterrichts (siehe: de.wikipedia.org/wiki/Umgedrehter_Unterricht), dass wir eingangs vorstellen. Wir bieten eine Laborführung an, in der anhand ausgewählter Instrumente erklärt wird, wie einige der in der VL diskuterten Prozesse experimentell gemessen werden. Es gibt ein wöchentliches Zusatztutorium im Anschluss an die LV, welches die Gelegenheit bietet, Unklarheiten aus der Vorlesung zu klären, sowie die Übungsaufgaben vor- und nachzubesprechen. Die Teilnahme daran ist freiwillig, wird aber empfohlen. | |||||
| 651-3561-00L | Kryosphäre | W | 3 KP | 2V | M. Huss, A. Bauder, D. Farinotti | |
| Kurzbeschreibung | Die Vorlesung führt die verschiedenen Komponenten der Kryosphäre - Schnee, Gletscher, Eisschilde, Meer- und See-Eis, und Permafrost - sowie ihre jeweilige Rolle im Klimasystem ein. Für jedes Teilsystem werden dabei wesentliche physikalische Aspekte betont, und ihre Dynamik quantitativ und anhand von Beispielen beschrieben. | |||||
| Lernziel | Die Studierenden können - relevante Prozesse, Rückkoppelungen und Zusammenhänge für die verschiedenen Komponenten der Kryosphäre qualitativ erläutern, - physikalischen Prozesse, welche den Zustand der Kryosphären-Komponenten bestimmen, mit einfachen Berechnungen quantitativ erfassen und interpretieren. | |||||
| Inhalt | Der Kurs gibt eine Einführung in die verschiedenen Komponenten der Kryosphäre: Schnee, Gletscher, Eisschilde, Meer- und See-Eis, Permafrost, sowie ihre Rolle im Klimasystem. Für jedes Teilsystem werden wesentliche physikalische Aspekte betont: z.B. die Materialeigenschaften von Eis, Massenbilanz und Dynamik von Gletschern, oder die Energiebilanz von Meereis. | |||||
| Skript | Unterlagen werden im Semester verteilt | |||||
| Literatur | Benn, D., & Evans, D. J. (2014). Glaciers and glaciation. Routledge. Cuffey, K. M., & Paterson, W. S. B. (2010). The physics of glaciers. Academic Press. Hooke, R. L. (2019). Principles of glacier mechanics. Cambridge University Press. Weitere Literatur wird während der Vorlesung angegeben. | |||||
| 701-0461-00L | Numerische Methoden in der Umweltphysik | W | 3 KP | 2G | C. Schär | |
| Kurzbeschreibung | Diese Vorlesung vermittelt Grundlagen, welche zur Entwicklung und Anwendung numerischer Modelle im Umweltbereich notwendig sind. Dazu gehört eine Einführung in die mathematische Modellierung gewöhnlicher und partieller Differentialgleichungen, sowie Übungen zur Entwicklung und Programmierung einfacher Modelle. | |||||
| Lernziel | Überblick über die Fähigkeiten und Grenzen numerischer Modelle im Umweltbereich; Verständnis von ausgewählten gewöhnlichen und partiellen Differentialgleichungen; Kenntnis von grundlegenden numerischen Verfahren zur Lösung dieser Gleichungen; Fähigkeit einfache numerische Verfahren zu entwerfen und zu programmieren. | |||||
| Inhalt | Klassifikation numerischer Probleme, Einführung in die Methode der Finiten Differenzen, Zeitschrittverfahren, Nichtlinearität, konservative numerische Verfahren, Uebersicht über spektrale Methoden und Finite Elemente. Beispiele und Uebungen aus diversen Umweltbereichen. Numerikübungen unter Verwendung von Python, 3 Übungsblöcke à 2 Stunden. Python-Kenntnisse werden nicht vorausgesetzt. Musterprogramme und Grafiktools werden abgegeben. | |||||
| Skript | Per Web auf Link | |||||
| Literatur | Literaturliste wird abgegeben. | |||||
| 701-0473-00L | Wettersysteme | W | 3 KP | 2G | M. A. Sprenger, F. S. Scholder-Aemisegger | |
| Kurzbeschreibung | Satellitenbeobachtungen; Analyse vertikaler Sondierungen; Geostrophischer und thermischer Wind; Tiefdruckwirbel in den mittleren Breiten; globalen Zirkulation; Nordatlantische Oszillation; Atmosphärische Blockierungswetterlagen; Eulersche und Lagrange Perspektive der Dynamik; Potentielle Vortizität; Alpine Dynamik (Windstürme, Um- und Überströmung von Gebirgen); Planetare Grenzschicht | |||||
| Lernziel | Die Studierenden können: - die gängigen Mess- und Analysemethoden der Atmosphärendynamik erklären - mathematische Grundlagen der Atmosphärendynamik beispielhaft erklären - die Dynamik von globalen und synoptisch-skaligen Prozessen erklären - den Einfluss von Gebirgen auf die Atmosphärendynamik erklären | |||||
| Inhalt | Satellitenbeobachtungen; Analyse vertikaler Sondierungen; Geostrophischer und thermischer Wind; Tiefdruckwirbel in den mittleren Breiten; Überblick und Energetik der globalen Zirkulation; Nordatlantische Oszillation; Atmosphärische Blockierungswetterlagen; Eulersche und Lagrange Perspektive der Dynamik; Potentielle Vortizität; Alpine Dynamik (Windstürme, Um- und Überströmung von Gebirgen); Planetare Grenzschicht | |||||
| Skript | Vorlesungsskript + Folien | |||||
| Literatur | Atmospheric Science, An Introductory Survey John M. Wallace and Peter V. Hobbs, Academic Press | |||||
| Wahlfächer Die aufgeführten Wahlfächer werden empfohlen. Den Studierenden steht zusätzlich das gesamte Lehrangebot der ETH Zürich und der Universität Zürich zur Auswahl offen. | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 401-0649-00L | Applied Statistical Regression | W | 5 KP | 2V + 1U | M. Dettling | |
| Kurzbeschreibung | This course offers a practically oriented introduction into regression modeling methods. The basic concepts and some mathematical background are included, with the emphasis lying in learning "good practice" that can be applied in every student's own projects and daily work life. A special focus will be laid in the use of the statistical software package R for regression analysis. | |||||
| Lernziel | The students acquire advanced practical skills in linear regression analysis and are also familiar with its extensions to generalized linear modeling. | |||||
| Inhalt | The course starts with the basics of linear modeling, and then proceeds to parameter estimation, tests, confidence intervals, residual analysis, model choice, and prediction. More rarely touched but practically relevant topics that will be covered include variable transformations, multicollinearity problems and model interpretation, as well as general modeling strategies. The last third of the course is dedicated to an introduction to generalized linear models: this includes the generalized additive model, logistic regression for binary response variables, binomial regression for grouped data and poisson regression for count data. | |||||
| Skript | A script will be available. | |||||
| Literatur | Faraway (2005): Linear Models with R Faraway (2006): Extending the Linear Model with R Draper & Smith (1998): Applied Regression Analysis Fox (2008): Applied Regression Analysis and GLMs Montgomery et al. (2006): Introduction to Linear Regression Analysis | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | The exercises, but also the classes will be based on procedures from the freely available, open-source statistical software package R, for which an introduction will be held. In the Mathematics Bachelor and Master programmes, the two course units 401-0649-00L "Applied Statistical Regression" and 401-3622-00L "Statistical Modelling" are mutually exclusive. Registration for the examination of one of these two course units is only allowed if you have not registered for the examination of the other course unit. | |||||
| 701-0535-00L | Environmental Soil Physics/Vadose Zone Hydrology | W | 3 KP | 2G + 2U | P. U. Lehmann Grunder | |
| Kurzbeschreibung | The course provides theoretical and practical foundations for understanding and characterizing physical and transport properties of soils/ near-surface earth materials, and quantifying hydrological processes and fluxes of mass and energy at multiple scales. | |||||
| Lernziel | Students are able to - characterize porous media at different scales - parameterize structural, flow and transport properties of partially-saturated porous media - quantify driving forces and resulting fluxes of water, solute, and heat in soils - explain links between physical processes in the vadose-zone and major societal and environmental challenges | |||||
| Inhalt | Weeks 1 to 3: Physical Properties of Soils and Other Porous Media – Units and dimensions, definitions and basic mass-volume relationships between the solid, liquid and gaseous phases; soil texture; particle size distributions; surface area; soil structure. Soil colloids and clay behavior Soil Water Content and its Measurement - Definitions; measurement methods - gravimetric, neutron scattering, gamma attenuation; and time domain reflectometry; soil water storage and water balance. Weeks 4 to 5: Soil Water Retention and Potential (Hydrostatics) - The energy state of soil water; total water potential and its components; properties of water (molecular, surface tension, and capillary rise); modern aspects of capillarity in porous media; units and calculations and measurement of equilibrium soil water potential components; soil water characteristic curves definitions and measurements; parametric models; hysteresis. Modern aspects of capillarity Weeks 6 to 9: Water Flow in Soil - Hydrodynamics: Part 1 - Laminar flow in tubes (Poiseuille's Law); Darcy's Law, conditions and states of flow; saturated flow; hydraulic conductivity and its measurement. Part 2 - Unsaturated steady state flow; unsaturated hydraulic conductivity models and applications; non-steady flow and Richards equation; approximate solutions to infiltration (Green-Ampt, Philip); field methods for estimating soil hydraulic properties. Part 3 - Use of Hydrus model for simulation of unsaturated flow Week 10: Solute Transport in Soils; Transport mechanisms of solutes in porous media; breakthrough curves; convection-dispersion equation; solutions for pulse and step solute application; parameter estimation; salt balance. Week 11: Gas transport in soil and biological processes; gas diffusion as function of water content, Fickian law, biological activity and respiration; root water uptake; soil structure Week 12 to 13: Energy Balance and Land Atmosphere Interactions - Radiation and energy balance; evapotranspiration definitions and estimation; transpiration, plant development and transpirtation coefficients; small and large scale influences on hydrological cycle; surface evaporation. Week 14: Temperature and Heat Flow in Porous Media - Soil thermal properties; steady state heat flow; nonsteady heat flow; estimation of thermal properties; engineering applications. | |||||
| Skript | Classnotes: Vadose Zone Hydrology, by Or D., J.M. Wraith, and M. Tuller (available at the beginning of the semester) | |||||
| Literatur | Supplemental textbook (not mandatory) -Environmental Soil Physics, by: D. Hillel | |||||
| 401-0624-00L | Mathematik IV: Statistik  | W | 4 KP | 2V + 1U | J. Ernest | |
| Kurzbeschreibung | Einführung in einfache Methoden und grundlegende Begriffe von Statistik und Wahrscheinlichkeitsrechnung für Naturwissenschaftler. Die Konzepte werden anhand einiger Daten-Beispiele eingeführt. | |||||
| Lernziel | Fähigkeit, aus Daten zu lernen; kritischer Umgang mit Daten und mit Missbräuchen der Statistik; Grundverständnis für die Gesetze des Zufalls und stochastisches Denken (Denken in Wahrscheinlichkeiten); Fähigkeit, einfache und grundlegende Methoden der Analytischen (Schlussfolgernden) Statistik (z. B. diverse Tests) anzuwenden. | |||||
| Inhalt | Beschreibende Statistik (einschliesslich graphischer Methoden). Einführung in die Wahrscheinlichkeitsrechnung (Grundregeln, Zufallsvariable, diskrete und stetige Verteilungen, Ausblick auf Grenzwertsätze). Methoden der Analytischen Statistik: Schätzungen, Tests (einschliesslich Binomialtest, t-Test, Vorzeichentest, F-Test, Wilcoxon-Test), Vertrauensintervalle, Prognoseintervalle, Korrelation, einfache und multiple lineare Regression. | |||||
| Skript | Skript zur Vorlesung ist erhältlich. | |||||
| Literatur | Stahel, W.: Statistische Datenanalyse. Vieweg 1995, 3. Auflage 2000 (als ergänzende Lektüre) | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Die Übungen (ca. die Hälfte der Kontaktstunden; einschliesslich Computerübungen) sind ein wichtiger Bestandteil der Lehrveranstaltung. Voraussetzungen: Mathematik I, II | |||||
| » Auswahl aus dem gesamten Angebot der ETH. | ||||||
| 701-0479-00L | Umwelt-Fluiddynamik | W | 3 KP | 2G | H. Wernli, M. Röthlisberger | |
| Kurzbeschreibung | Die physikalischen Grundbegriffe und mathematischen Grundgleichungen zur Beschreibung von Umweltfluidsystemen auf der rotierenden Erde werden vermittelt. Grundlegende Konzepte (z.B. Vorticity-Dynamik und Wellen) werden formal eingeführt, quantitativ angewendet und mit Beispielen illustriert. Übungen helfen, den Stoff zu vertiefen. | |||||
| Lernziel | Die Studierenden können - Grundlagen, Konzepte und Methoden der Umweltfluiddynamik nennen. - die Komponenten der Grundgleichungen verstehen und diskutieren. - physikalische Grundgleichungen zur Berechnung einfacher Problemstellungen der Umweltfluiddynamik anwenden. | |||||
| Inhalt | Physikalische Grundbegriffe und mathematische Grundgleichungen: Kontinuumshypothese, Kräfte, Konstitutivgesetze, Zustandsgleichungen und Grundlagen der Thermodynamik, Kinematik, Sätze für Masse, Impuls auf der rotierenden Erde. Konzepte und erläuternde Strömungssysteme: Vorticity-Dynamik, Grenzschichten, Instabilität, Turbulenz - in Bezug auf Umweltfluidsysteme. Skalen-Analyse: Dimensionslose Variable und dynamische Ähnlichkeit, Vereinfachungen der Strömungssysteme, z.B. Flachwasserannahme, geostrophische Strömung. Wellen in Umweltströmungssystemen. | |||||
| Skript | Wird abgegeben, in englischer Sprache. | |||||
| Literatur | Besprechung im Kurs. Siehe auch: web-Seite. | |||||
| 401-6215-00L | Using R for Data Analysis and Graphics (Part I) | W | 1.5 KP | 1G | M. Mächler | |
| Kurzbeschreibung | The course provides the first part an introduction to the statistical software R (https://www.r-project.org/) for scientists. Topics covered are data generation and selection, graphical and basic statistical functions, creating simple functions, basic types of objects. | |||||
| Lernziel | The students will be able to use the software R for simple data analysis and graphics. | |||||
| Inhalt | The course provides the first part of an introduction to the statistical software R for scientists. R is free software that contains a huge collection of functions with focus on statistics and graphics. If one wants to use R one has to learn the programming language R - on very rudimentary level. The course aims to facilitate this by providing a basic introduction to R. Part I of the course covers the following topics: - What is R? - R Basics: reading and writing data from/to files, creating vectors & matrices, selecting elements of dataframes, vectors and matrices, arithmetics; - Types of data: numeric, character, logical and categorical data, missing values; - Simple (statistical) functions: summary, mean, var, etc., simple statistical tests; - Writing simple functions; - Introduction to graphics: scatter-, boxplots and other high-level plotting functions, embellishing plots by title, axis labels, etc., adding elements (lines, points) to existing plots. The course focuses on practical work at the computer. We will make use of the graphical user interface RStudio: www.rstudio.org Note: Part I of UsingR is complemented and extended by Part II, which is offered during the second part of the semester and which can be taken independently from Part I. | |||||
| Skript | An Introduction to R. http://stat.ethz.ch/CRAN/doc/contrib/Lam-IntroductionToR_LHL.pdf | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | The course resources will be provided via the Moodle web learning platform. Subscribing via Mystudies should *automatically* make you a student participant of the Moodle course of this lecture, which is at https://moodle-app2.let.ethz.ch/course/view.php?id=13499 ALL material is available on this moodle page. | |||||
| Praktikum Das Praktikum wird im Frühjahrssemester angeboten. | ||||||
| Bachelor Seminar | ||||||
| Nummer | Titel | Typ | ECTS | Umfang | Dozierende | |
| 701-0459-00L | Seminar für Bachelor-Studierende: Atmosphäre und Klima | O | 3 KP | 2S | R. Knutti, H. Joos, O. Stebler | |
| Kurzbeschreibung | Das Seminar führt die Studierenden des Bereichs Atmosphäre und Klima des D-USYS und des D-ERDW zusammen. Jede(r) Teilnehmer(in) hält einen Vortrag über eine wissenschaftliche Publikation. Die Publikationen werden von den Forschungsgruppen des Instituts für Atmosphäre und Klima (IAC) ausgewählt. Somit bekommen die TeilnehmerInnen einen detaillierten Einblick in die Forschungsgebiete des IACs. | |||||
| Lernziel | Das Seminar führt die Studierenden der Vertiefung Atmosphäre und Klima des D-USYS und die Studierenden der Vertiefung Klima und Wasser des D-ERDW zusammen. Anhand klassischer und aktueller wissenschaftlicher Artikel wird trainiert, die wissenschaftlichen Kernaussagen der Publikationen zu extrahieren, zu präsentieren (Vorträge und Poster), in den Kontext einzuordnen und kritisch zu diskutieren. | |||||
| Inhalt | 1. Woche: Kursorganisation und Vorstellen des Instituts und der Forschungsgruppen 2. und 3. Woche: Einführung in die mündliche Präsentationstechnik 4. Woche: Workshop "Fragen stellen" 5. bis 13. Woche: Vorträge der Studierenden 14. Woche: Abschliessende Posterpräsentation | |||||
| Skript | Unterlagen werden über die Kurs-Webseite angeboten. | |||||
| Literatur | Unterlagen werden über die Kurs-Webseite angeboten. | |||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Dieser Kurs kann nur für eine begrenzte Anzahl Studierende angeboten werden, in jedem Fall aber für alle, welche ihn obligatorisch besuchen müssen. Wir bitten um eine frühe elektronische Einschreibung. | |||||
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