Um sodar ( Sonic Detection And Ranging ) é um dispositivo de sensoriamento remoto em meteorologia que usa ondas sonoras para medir a velocidade e a direção dos ventos no ar, bem como a estrutura termodinâmica e a turbulência nas camadas inferiores da atmosfera da Terra , um tipo de perfilador de vento . É, portanto, um dispositivo de detecção e telemetria acústica da atmosfera ou Acdar ( detecção e alcance acústico ). O sodar também é conhecido como Sonar por ecolocalização ou acústica de radar .
O dispositivo consiste em uma antena que emite som e um receptor que capta ecos. A mesma antena pode ser utilizada para recepção, então é um sistema monoestático, ou outra antena no caso de um sistema biestático. No primeiro caso, o dispositivo pode captar os retornos provenientes da difusão das ondas sonoras pela mudança de temperatura com a altitude. No segundo caso, o dispositivo também pode captar a turbulência .
Os sistemas monostáticos podem ser divididos em duas categorias: aqueles que usam várias antenas e aqueles que usam uma única antena phased array . Vários sistemas de antenas têm uma antena apontada verticalmente e duas outras orientadas em um pequeno ângulo da vertical em direções ortogonais. Essas antenas podem ser parábolas , e neste caso a transmissão-recepção é feita no foco, ou um conjunto de alto-falantes emitindo em fase para gerar uma onda em foco.
As antenas matriciais usam uma única série de alto-falantes cuja fase de emissão é variada de modo que a onda emitida seja focada verticalmente ou em ambas as direções ortogonais.
A propagação do som na atmosfera tem sido estudada há muito tempo, mas foi somente depois da Segunda Guerra Mundial que mais pesquisas foram realizadas para desenvolver aplicações práticas. Pesquisadores do Exército dos EUA usaram o som para identificar inversões de temperatura que afetaram a propagação das comunicações por microondas . Durante a década de 1950 , os soviéticos e australianos demonstraram que era possível obter ecos de retroespalhamento a várias centenas de metros acima do solo. Durante a década de 1970 , pesquisadores da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA) construíram os primeiros dispositivos para medir a velocidade e direção do vento usando o efeito Doppler-Fizeau de ondas acústicas.
A partir daquele momento, diversas organizações e empresas trouxeram refrigerantes cada vez mais sofisticados para o mercado. Em 1975, pesquisadores da Universidade de Nevada em Reno foram os primeiros a incorporar o processamento digital de dados usando um microcomputador . Durante a década de 1980 , a empresa francesa Remtech foi a primeira a usar uma antena phased array , em vez de uma antena parabólica , e uma das primeiras a usar várias taxas de repetição de pulso.
Os sodars mais recentes incorporam todas as tecnologias mais recentes para eliminar o máximo possível de ruído ambiente, melhorar o foco dos sons e ampliar o alcance útil.
O princípio do sodar é semelhante ao do sonar usado na água: uma onda sonora é emitida e se propaga livremente no ar até encontrar uma diferença na densidade do fluido, geralmente devido a um cisalhamento entre duas camadas. Parte da onda é então refletida. O tempo de viagem e a frequência são registrados nos detectores. A partir do tempo de vôo, a distância do eco é deduzida, a partir do escorregamento de frequência as velocidades das camadas de ar são deduzidas pela aplicação do efeito Doppler .
O sodar, portanto, emite verticalmente e em duas direções, geralmente norte e leste, com um ângulo entre 15 e 30 graus da vertical. Em cada uma dessas três direções, o eco de retorno envolve uma mudança na frequência devido ao movimento do ar (efeito Doppler). A mudança na direção vertical corresponde à velocidade vertical do ar.
Para medir o vento horizontal, o sodar usa os ecos retornando em duas direções ortogonais para encontrar os componentes radiais da velocidade nessas direções. Ao combinar esses dois dados e a velocidade vertical na equação de continuidade do solo, o computador integrado pode calcular o vento total e, portanto, seu componente horizontal.
As ondas sonoras são muito fáceis de dispersar no ar. Quanto mais instável a atmosfera, menor será o alcance útil do refrigerante. A propagação também depende da frequência utilizada, da potência do transmissor, da turbulência atmosférica e do nível de ruído no ambiente. Como regra geral, frequências mais baixas combinadas com muita potência proporcionarão um alcance útil maior.
Como os sodars operam a uma frequência de menos de 1.000 a mais de 4.000 hertz, com uma potência de várias centenas de watts, seu alcance útil varia entre 0,2 e 2 quilômetros. Certos sodars podem variar a duração dos pulsos emitidos para poder estender seu alcance útil, mas isso às custas da resolução vertical dos dados.
Como o sodar permite conhecer os ventos e também a turbulência na camada muito baixa da atmosfera, é usado para estudos de microclimas ou para operações aéreas. Por exemplo, usando um sodar, os engenheiros puderam estudar o comportamento dos ventos entre o solo e a altitude do ponto mais alto do viaduto Millau , 343 metros, no vale circundante.
Para maior alcance vertical, perfis de vento por radar são usados.