9.2. SODAR (SOund Detection And Ranging)

A SODAR-ok hanghullámokat bocsátanak ki a légkörbe és a kibocsátott hanghullámok szóródását vizsgálják (9.6. ábra). A hangszóródás annak köszönhető, hogy a légkör különböző rétegeinek törésmutatója változik a kis-skálájú hőmérséklet és szélsebesség fluktuációk függvényében. Ezek általában az erős hőmérsékleti és nedvesség gradienssel állnak kapcsolatban. A törésmutató változás miatt szóródás lép fel. A SODAR a szórt és visszavert hanghullámokat detektálja.

A SODAR (SOund Detection And Ranging) működési elve.

9.6. ábra: A SODAR (SOund Detection And Ranging) működési elve. A SODAR hanghullámokat bocsát ki a légkörbe és ezek szóródását vizsgálja.

180 fokos visszaverődés esetén csak a hőmérsékletfluktuációról nyerünk információt. Más irányokból a visszaverődést a hőmérséklet és a szélsebesség fluktuációja okozza.

A SODAR-oknak két típusa terjedt el. Ezek a következők:

  1. monostatikus SODAR

  2. bi-statikus SODAR

A monostatikus SODAR esetén a hangforrás és az érzékelő egy helyen található. A monostatikus felépítés esetén kétféle antennarendszer létezik:

Az érzékelő a légkör hőmérsékleti fluktuációi miatt szóródó és visszaverődő hanghullámokat érzékeli.

A bi-statikus elrendezés esetén a hanghullámok kibocsátására és vételére eltérő helyzetű antenna-egységeket alkalmaznak. Ekkor a hőmérsékleti fluktuációk mellett a szélsebesség okozta fluktuációkról, vagy akár a hidrometeorokról visszaverődő jel is érzékelhető.

A SODAR-ral a visszaérkező hanghullám intenzitása mellett a kibocsátott és visszavert hanghullámok frekvenciája közötti eltolódás is meghatározható. Ez az eltolódás a légköri hőmérsékleti fluktuációk mozgásából adódik. A frekvencia eltolódás mértékéből a sugárirányú szélsebesség határozható meg (Doppler-elv). A többtengelyű antennarendszer alkalmazása esetén a szélsebesség három komponense (u,v,w) is meghatározható.

Magyarországon az Országos Meteorológiai Szolgálat Budapest Pestszentlőrinci Főobszervatóriumban és a Debreceni Egyetem Debrecen-Kismacs Agrometeorológiai Obszervatóriumban (Bíróné Kircsi és Hadnagy, 2013) üzemel egy-egy METEK gyártmányú SODAR (9.7. ábra).

Az Országos Meteorológiai Szolgálat Budapest Pestszentlőrinci Főobszervatóriumában található Metek gyártmányú SODAR

9.7. ábra: Az Országos Meteorológiai Szolgálat Budapest Pestszentlőrinci Főobszervatóriumában található Metek gyártmányú SODAR

A szélsebesség vektort idő-magasság diagramon ábrázolják. A magasság intervallumok 10–50 méteresek. A SODAR által szolgáltatott adatok a planetáris határréteg szerkezetéről nyújtanak információt (9.8. ábra és 9.9. ábra).

A mérhető magasság függ a műszer paramétereitől, de légköri állapotok is befolyásolják.

Tipikus SODAR karakterisztikák:

Szélmező jellegzetes napi menete a Debrecen-Kismacs Agrometeorológiai Obszervatórium METEK PCS 24 Doppler-SODAR mérése alapján

9.8. ábra: Szélmező jellegzetes napi menete a Debrecen-Kismacs Agrometeorológiai Obszervatórium METEK PCS 24 Doppler-SODAR mérése alapján 2012.08.19-én. A méréseket 1800–2500 Hz közötti multifrekvencia módban végzik. A mérés 20 métertől kezdődik, 10 m-es lépésközzel kb. 400 m-ig. A mérési ciklus 6 másodpercenként fut, amiből 10 perces átlagokat képeznek (forrás: Debreceni Egyetem, Meteorológiai Tanszék).

Szélmező vertikális profilja a Debrecen-Kismacs Agrometeorológiai Obszervatórium METEK PCS 24 Doppler-SODAR mérése alapján

9.9. ábra: Szélmező vertikális profilja a Debrecen-Kismacs Agrometeorológiai Obszervatórium METEK PCS 24 Doppler-SODAR mérése alapján 2013.03.14-15-én, egy hidegfront átvonulása során (forrás: Debreceni Egyetem, Meteorológiai Tanszék).

A SODAR felhasználási területei:

A SODAR előnye a közvetlen mérésekkel (pl. rádiószonda) szemben, hogy kvázi folyamatos mérés végezhető vele (például 15 percenként információt nyerünk a légkör szerkezetéről).

A SODAR-ral az alábbi vizsgálatok végezhetők:

  1. az inverziós réteg vizsgálata,

  2. a keveredési rétegvastagság vizsgálata,

  3. a határréteg stabilitási viszonyainak vizsgálata,

  4. köd vastagságának a meghatározása.

A Doppler SODAR-ral a fentieken kívül vizsgálható:

  1. a szélprofil.

A SODAR költséges mérési technika, általában erőművek környezetében telepítik, ahol a légszennyezés miatt a határrétegre vonatkozó információknak kiemelt jelentőségük van.

A SODAR fő korlátja az érzékenység a zajokra (pl. közlekedés, csapadék, erős szél). Emiatt nem használható minden időjárási körülmény között.