SODAR

Engl. Akronym für Sound/Sonic Detection and Ranging (Erfassung und Entfernungsbestimmung mit Schallwellen), Begriffswahl in Analogie zu RADAR, ungenau auch acoustic radar, Schallradar, akustisches RADAR.

SODAR ist ein aktives Fernerkundungsverfahren, das zur zeit-höhenkontinuierlichen Vertikalsondierung der Temperaturstruktur (z.B. Erkennung von Inversionen und Konvektion) und des Windfelds in der atmosphärischen Grundschicht (syn. Peplosphäre, die ca. 1 bis 2,5 km mächtige untere Atmosphäre) eingesetzt wird. Die SODAR-Messung basiert auf der Tatsache, dass die Schallausbreitung in der Grundschicht durch das Temperatur- und Windfeld beeinflusst wird. Das SODAR-Prinzip stellt wie das RADAR ein Impulsmessverfahren dar, das heißt ein Signal wird vom Gerät erzeugt, ausgesendet und seine Reflexion wieder aufgenommen und gemessen.

Eine einfache SODAR-Anlage besteht aus einem vertikal orientierten, etwa 3 m hohen Schalltrichter, aus dem kurze Schallsignale (100 ms) gebündelt in die Atmosphäre abgestrahlt werden. Ein geringer Teil dieses Schallstrahles wird wegen der in der Atmosphäre vorhandenen Inhomogenitäten des Brechungskoeffizienten für Schall (z.B. an Temperaturinversionen) wieder zur Erdoberfläche gestreut und dort empfangen. Die Intensität des Rückstreusignals ist proportional zum Temperaturstrukturparameter, der die mittlere quadratische Temperaturdifferenz zwischen zwei Höhenpunkten repräsentiert. Da bei dieser Messanordnung Sende- und Empfangsantenne identisch sind, spricht man von einer monostatischen Antenne.

Das Aufspüren der Untergrenze von Inversionen ist für die Überwachung der Luftqualität von Bedeutung, denn je tiefer die Untergrenze z.B. bei winterlichen Hochdruckwetterlagen sinkt, desto weniger Raum steht für die Verteilung von Schadstoffen zur Verfügung und umso größer ist die Smoggefahr.

Zur Ableitung von Windfeldern werden Doppler-SODARs mit drei Schallantennen eingesetzt. Drei generierte Schallimpulse werden nacheinander unter definiertem Winkel in drei Raumrichtungen ausgesendet. Die Schallwellen werden an turbulenten Dichteschwankungen (Turbulenz) rückgestreut. Die Laufzeit der von Boden ausgesandten und wieder zurückgestreuten Schallimpulse wird gemessen. Unter Verwendung der Schallgeschwindigkeit wird die Höhe der Turbulenzen ermittelt. Neben der Laufzeit wird die Frequenzverschiebung des rückgestreuten Signals (Dopplereffekt) ermittelt, woraus sich die Windgeschwindigkeit und Windrichtung ableiten läßt.

SODAR

Für Messungen von vertikalen Wind- und Temperaturprofilen im Höhenbereich von 40 m bis ca. 600 m wird auf dem GM in Falkenberg ein Sodar/RASS des Typs METEK DSDPA.90-64 von Metek betrieben.

Das Gerät wurde als stationäres System mit integrierter RASS-Option konzipiert und besteht im Wesentlichen aus der phasengesteuerten akustischen Gruppenantenne mit 8x8 Lautsprechern, einer integrierten Kontrolleinheit, die sowohl Sende- und Empfangssignalverstärkung aber auch die Phasensteuerung regelt, und dem eigentlichen akustischen Signalprozessor in einem separaten Steuerschrank.

Quelle: DWD

Sodarsysteme ermöglichen die berührungslose Messungen vom Erdboden aus. Ihr Einsatzbereich kann beim gegenwärtigen Entwicklungs-stand von 10 m bis ca. 1.300 m Höhe reichen, eine vertikale Auflösung von 5 m ist möglich. Bei Regen kann keine Sondierung vorgenommen werden, da die auf das Empfangsmikrophon fallenden Tropfen Störlärm verursachen. Das Verfahren reagiert darüber hinaus empfindlich gegenüber einem hohen Schallpegel aus der Umgebung.

Bei SODAR-Systemen wird zwischen zwei verschiedenen Typen unterschieden:

Bei monostatischem Aufbau sind Sende- und Empfangsantenne sind identisch. Über eine Sende- und Empfangseinheit wird abwechselnd zwischen Senden und Empfangen umgeschaltet. Daten können aus vielen Höhenschichten erfasst werden. Die Rückstreuintensität der ausgesandten Schallwellen hängt nur von Temperaturschwankungen im Streuvolumen ab.

Bei bistatischen Geräten werden Sende- und Empfangsantennen räumlich getrennt aufgestellt, in der Regel mit einem Abstand von mehr als 50 m. Im Gegensatz zum monostatischen Typ können Daten nur aus einer begrenzten Höhenschicht erfasst werden. Die Rückstreuintensität hängt hier auch von Geschwindigkeitsfluktuationen ab.

Zur Messung von Windfeld und Temperaturprofilen werden heute vermehrt Mikrowellenverfahren und akustische Techniken im Verbund eingesetzt. Ein solches Messverfahren wird als RASS (Radio Acoustic Sounding System) bezeichnet.

Der Einsatz von SODAR-Systemen gewinnt außer bei der üblichen Wetterbeobachtung zunehmend Bedeutung im Zusammenhang mit Planung und Betrieb von Windenergieanlagen.

Weitere Informationen: