Одной из важнейших задач мониторинга пограничного слоя атмосферы является измерение характеристик ветра и их распределение по высоте. К сожалению, существующие методы ветрового зондирования обладают рядом недостатков. Главные из них – отсутствие возможности получения данных о профиле ветра в режиме «реального времени» и низкая, по современным требованиям, точность измерений.

Еще с середины XX века ряд стран, в том числе и СССР, проводили исследования, направленные на разработку систем, в принципе работы которых заложен метод акустического зондирования. В ходе развития локационных технологий и компьютерной техники удалось создать прибор, отвечающий современным требованиям ветрового зондирования пограничного слоя атмосферы – содар или ветровой профайлер. Один из таких приборов немецкой компании Scintec в марте 2013 года был установлен на метеорологической станции Сосновый Бор.

Содар с антенной, выполненной в виде плоской акустической фазированной антенной решетки, являются современным и очень мощным акустическим инструментом для дистанционного измерения трехмерных профилей скорости и направления ветра и характеристик турбулентности в нижних слоях атмосферы.

Благодаря превосходным характеристикам, гибкости и простоте в эксплуатации, содары способны не только удовлетворить потребности рутинного мониторинга пограничного слоя, но могут эффективно использоваться для разнообразных научных исследований.

При работе содар излучает короткие звуковые импульсы, которые отражаются от неоднородностей, имеющихся в атмосфере. Измеряется амплитуда и частота отраженных звуковых импульсов. Содары являются акустическими инструментами моностатического типа, т. е. одна и та же антенна используется и для излучения и приема звука.

Измерения времени распространения импульса от антенны до измеряемого слоя и обратно обеспечивает разрешение по высоте. По амплитуде отраженного сигнала можно судить о структуре турбулентности в пограничном слое атмосферы. Скорость ветра определяется по спектру отраженного сигнала. Это возможно благодаря доплеровскому сдвигу частоты, возникающему в результате движения рассеивающих неоднородностей температуры со скоростью среднего ветра. По отраженному сигналу, по меньшей мере с трех направлений рассчитывается профиль трехмерного вектора скорости ветра.

В содаре спектры акустических сигналов, получаемые от различных направлений, рассчитываются с использованием быстрого преобразования Фурье. 

Некоторые конструктивные особенности содара

• Антенна выполненная в виде высоко эффективной акустической фазированной антенной решетки, которая является излучателем акустических волн и, одновременно, приемником;
• Цифровое управление фазированной антенной решеткой;
• Переменная длина импульса в пределах одной посылки излучаемых импульсов, что позволяет значительно увеличить максимальную высоту зондирования;
• Быстрое преобразование Фурье в реальном времени;
• Максимальная высота зондирования – до 2 км, пространственное разрешение 20 м;
• Количество вертикальных слоев – 256;
• Эксплуатационные параметры, авто-конфигурируемые или индивидуально настраиваемые пользователем;
• Вывод таблиц и графиков  в режиме реального времени,  в том числе: горизонтальная скорость и направление ветра; вертикальная скорость и направление ветра; стандартное отклонение всех компонент скорости ветра; отражаемость, структурный параметр температуры и классы стабильности Паскуила-Гиффорда.

17-04-2013