Geographie · Klasse 10 · Klimawandel und globale atmosphärische Prozesse · 1. Halbjahr

Klimamodelle und Szenarien (RCPs)

Die Schülerinnen und Schüler lernen die Funktionsweise von Klimamodellen kennen und interpretieren verschiedene Emissionsszenarien.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: STD.02
• KMK: STD.05

Über dieses Thema

Klimamodelle simulieren das Erdsystem durch numerische Lösung physikalischer Gleichungen. Sie unterteilen Atmosphäre, Ozeane, Land und Eis in dreidimensionale Gitterzellen und berechnen Wechselwirkungen wie Strahlungstransfer, Konvektion und Wasserkreislauf. Schülerinnen und Schüler in Klasse 10 lernen die Grundlagen dieser generalisierten Zirkulationsmodelle (GCMs), ihre räumliche und zeitliche Auflösung sowie Grenzen wie Parameterisierungen subgitterskaliger Prozesse.

Im Rahmen der KMK-Standards STD.02 und STD.05 vergleichen Lernende die Representative Concentration Pathways (RCPs): RCP 2.6 mit starker Emissionsreduktion, RCP 4.5 und 6.0 als moderate Szenarien sowie RCP 8.5 als Business-as-usual-Pfad. Sie analysieren Annahmen zu Technologieentwicklung, Bevölkerungswachstum und Politik und prognostizierte Erwärmungen bis 2100. Dies fördert Kompetenzen im Vergleichen von Szenarien und Bewerten ihrer Relevanz für politische Entscheidungen wie das Pariser Abkommen.

Aktives Lernen eignet sich hervorragend, da abstrakte Modelle durch hands-on-Simulationen und Diskussionen konkret werden. Schüler bauen vereinfachte Modelle oder interpretieren interaktive Grafiken, was Unsicherheiten erfahrbar macht und systemisches Denken schult.

Leitfragen

1. Erklären Sie die Grundlagen der Klimamodellierung und ihre Grenzen.
2. Vergleichen Sie die Annahmen und Prognosen der verschiedenen RCP-Szenarien.
3. Bewerten Sie die Bedeutung von Klimamodellen für politische Entscheidungen.

Lernziele

• Erklären Sie die grundlegenden physikalischen und chemischen Prinzipien, die Klimamodellen zugrunde liegen.
• Analysieren Sie die Annahmen und Unsicherheiten verschiedener RCP-Szenarien hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf globale Temperaturen und Meeresspiegel.
• Vergleichen Sie die Vorhersagen von mindestens zwei RCP-Szenarien für das Jahr 2100 hinsichtlich spezifischer Klimaindikatoren wie Niederschlagsmuster und Extremwetterereignisse.
• Bewerten Sie die Eignung von Klimamodellen als Entscheidungsgrundlage für internationale Klimaschutzabkommen wie das Pariser Abkommen.

Bevor es losgeht

Grundlagen der Treibhausgase und des Treibhauseffekts

Warum: Ein Verständnis des natürlichen Treibhauseffekts und der Rolle von Treibhausgasen ist notwendig, um die Ursachen und Auswirkungen verschiedener Emissionsszenarien zu verstehen.

Globale Temperaturveränderungen und ihre Messung

Warum: Schüler müssen die Konzepte von globalen Durchschnittstemperaturen und deren historische Veränderungen kennen, um die Prognosen von Klimamodellen interpretieren zu können.

Schlüsselvokabular

Klimamodell	Eine computergestützte Simulation des Erdsystems, die physikalische Gesetze nutzt, um zukünftige Klimazustände vorherzusagen.
Generalisierte Zirkulationsmodelle (GCMs)	Umfassende Klimamodelle, die die Atmosphäre, Ozeane, Landflächen und Eisbereiche in einem dreidimensionalen Gitter darstellen und deren Wechselwirkungen berechnen.
Repräsentative Konzentrationspfade (RCPs)	Verschiedene Szenarien für zukünftige Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre, die als Eingabe für Klimamodelle dienen.
Parameterisierung	Eine Methode in Klimamodellen, um Prozesse zu beschreiben, die zu kleinräumig sind, um direkt aufgelöst zu werden, wie z.B. Wolkenbildung.
Treibhausgaskonzentration	Die Menge an Treibhausgasen wie Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) in der Erdatmosphäre, die die globale Temperatur beeinflusst.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Klimamodelle sind exakte Wettervorhersagen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Modelle prognostizieren langfristige Klimaveränderungen, keine täglichen Wettereignisse. Aktive Simulationen kleiner Modelle zeigen Auflösungsgrenzen und helfen Schülern, Vorhersageunsicherheiten durch Peer-Diskussionen zu verstehen.

Häufige Fehlvorstellung

RCPs sind sichere Zukunftsszenarien.

Was Sie stattdessen lehren sollten

RCPs beschreiben mögliche Pfade basierend auf Annahmen, keine Wahrscheinlichkeiten. Gruppenvergleiche von Grafiken machen dies klar und fördern kritisches Denken über Szenarioabhängigkeit.

Häufige Fehlvorstellung

Modelle berücksichtigen alle Prozesse perfekt.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Subgitterskalige Prozesse werden parameterisiert. Hands-on-Stationen zu Feedbacks verdeutlichen Vereinfachungen und stärken das Verständnis durch Beobachtung realer Effekte.

Ideen für aktives Lernen

Lernen an Stationen: Modellkomponenten

Richten Sie vier Stationen ein: Atmosphäre (Strahlungsbilanz mit Lampen simulieren), Ozeane (Wärmetransport mit farbigem Wasser demonstrieren), Land (Albedo-Effekte mit Oberflächen vergleichen), Feedbacks (Eis-Albedo-Loop mit Karten erklären). Gruppen rotieren alle 10 Minuten und notieren Beobachtungen.

45 Min.·Kleingruppen

Gruppenarbeit: RCP-Vergleich

Teilen Sie Karten mit RCP-Kurven aus (Erwärmung vs. Zeit). Gruppen vergleichen Annahmen und Prognosen, erstellen Infografiken und präsentieren Unterschiede. Schließen Sie mit Bewertung politischer Implikationen ab.

50 Min.·Kleingruppen

Rollenspiel: Politische Debatte

Weisen Sie Rollen zu (Wissenschaftler, Politiker, Wirtschaftler). Jede Gruppe vertritt ein RCP-Szenario und argumentiert für Maßnahmen. Die Klasse stimmt über beste Politik ab.

40 Min.·Kleingruppen

Individuelle Simulation: Online-Tool

Nutzen Sie ein kostenloses Klimamodell-Tool wie Climate Lab. Schüler passen Parameter an (Emissionen, Feedbacks) und vergleichen Ausgaben mit RCPs.

30 Min.·Einzelarbeit

Bezüge zur Lebenswelt

• Klimaforscher am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) nutzen und entwickeln GCMs, um die Auswirkungen von RCP-Szenarien auf Deutschland zu untersuchen und Empfehlungen für die Bundesregierung zu erarbeiten.
• Energieversorger wie RWE planen langfristige Investitionen in erneuerbare Energien basierend auf Projektionen von Klimamodellen, die verschiedene Szenarien der globalen Erwärmung und deren Einfluss auf Wetterextreme berücksichtigen.
• Versicherungsunternehmen wie die Munich Re analysieren Klimamodell-Szenarien, um das Risiko von Naturkatastrophen wie Überschwemmungen und Stürmen einzuschätzen und entsprechende Rückversicherungspolicen zu entwickeln.

Ideen zur Lernstandserhebung

Diskussionsfrage

Teilen Sie die Klasse in vier Gruppen ein, die jeweils ein RCP-Szenario (2.6, 4.5, 6.0, 8.5) zugewiesen bekommen. Jede Gruppe soll die Kernannahmen ihres Szenarios zusammenfassen und eine kurze Präsentation vorbereiten, die die prognostizierten globalen Durchschnittstemperaturen und die wichtigsten Unterschiede zu einem anderen RCP-Szenario hervorhebt.

Kurze Überprüfung

Geben Sie den Schülerinnen und Schülern eine Tabelle mit Schlüsselindikatoren (z.B. globale Durchschnittstemperatur, Meeresspiegelanstieg, Häufigkeit extremer Hitzewellen) für das Jahr 2100 unter zwei verschiedenen RCP-Szenarien (z.B. RCP 2.6 und RCP 8.5). Bitten Sie sie, die Unterschiede zu beschreiben und zu erklären, welche Annahmen hinter diesen Unterschieden stecken könnten.

Lernstandskontrolle

Bitten Sie die Schülerinnen und Schüler, auf einem Zettel zwei Sätze zu schreiben: 1. Eine Erklärung, warum Klimamodelle trotz ihrer Grenzen für politische Entscheidungen nützlich sind. 2. Eine Frage, die sie noch zum Thema Klimamodelle oder RCP-Szenarien haben.

Häufig gestellte Fragen

Wie funktioniert die Grundstruktur eines Klimamodells?

Klimamodelle teilen die Erde in Gitterzellen auf und lösen Gleichungen für Energie-, Wasser- und Impulsbilanzen. Atmosphäre, Ozeane und Biosphäre wechselwirken gekoppelt. In Klasse 10 eignen sich Visualisierungen von GCMs, um Auflösung (z. B. 100 km Gitter) und Parameterisierungen zu erklären. Dies verbindet Physik mit Erdsystemdenken (ca. 65 Wörter).

Was unterscheidet die RCP-Szenarien voneinander?

RCP 2.6 setzt starke Reduktionen voraus (Erwärmung < 2 °C), RCP 8.5 hohe Emissionen (bis +4 °C). Annahmen umfassen Energiequellen, Landnutzung und Politik. Schüler vergleichen Kurven zu CO2-Äquivalenten und bewerten Risiken für Deutschland, z. B. Extremwetter (ca. 70 Wörter).

Wie kann aktives Lernen beim Verständnis von Klimamodellen helfen?

Aktive Methoden wie Stationenlernen oder Rollenspiele machen Modelle erfahrbar. Schüler simulieren Prozesse selbst, diskutieren RCPs in Gruppen und sehen Grenzen direkt. Dies steigert Retention, da Abstraktes durch Beobachtung und Debatte konkret wird und Kompetenzen wie Bewertung schult (ca. 60 Wörter).

Warum sind Klimamodelle für Politik wichtig?

Modelle liefern Szenarien für Abkommen wie Paris. Sie quantifizieren Auswirkungen von Maßnahmen auf Erwärmung und Anpassung. In Unterricht debattieren Schüler, wie RCPs evidenzbasierten Entscheidungen dienen, z. B. bei Energiewende (ca. 55 Wörter).