Schallstreuung in der atmosphärischen Grenzschicht: physikalische Grundlagen der akustischen Fernerkundung mit SODAR

Für meteorologische Fragestellungen stellt das SODAR (Sound Detection and Ranging), bei dem die Schallstreuung an Turbulenz ausgenutzt wird, ein wichtiges Fernerkundungsverfahren zur Erfassung der Dynamik der bodennahen atmosphärischen Grenzschicht dar. Diese Arbeit befaßt sich mit der Optimierung der räumlichen und zeitlichen Auflösung eines Sodar-Systems zur Erfassung kleinskaliger Strukturen und kurzzeitiger Schwankungen der Windgeschwindigkeit. Mit den entwickelten Signalverarbeitungsalgorithmen ist die Bestimmung von Frequenzschwankungen ebenso möglich, wie die von Amplitudenmodulationen, die auf diesen Frequenzen zu beobachten sind. Es wird untersucht, welchen Einfluß das Rauschen auf die Genauigkeit bei der Bestimmung der Dopplerfrequenz in Abhängigkeit von der Mittelungsdauer und dem Signal-Rausch-Abstand hat und welche Rolle Schwankungen der Amplitude des Signalanteils dabei spielen. Vergleiche der Signalamplitude und der Dopplerfrequenz einer Zweifrequenzmessung geben Aufschluß über das Turbulenzspektrum und der Streubedingungen im Streuvolumen eines Meßzeitraums. Gemessene Windprofile und Temperaturstrukturen im Nachlauf einer Windkraftanlage demonstrieren Einsatzmöglichkeit des Sodar im Bereich der Windenergie. Desweiteren ist eine Methode entwickelt worden, mit der die aus dem Brechungsindex resultierenden Fehler bei der Erstellung eines Windprofils nahezu eliminiert werden können. In numerischen Strahlverfolgungsexperimenten wurde gezeigt, daß unter der Annahme gradliniger Ausbreitung berechnente Mit- und Gegenwindprofile symmetrisch um das wahre Windprofil liegen. Bildung eines Windmittels aus gemessenen Mit- und Gegenwindkomponenten ermöglicht eine Näherung der realen Windgeschwindigkeit. Zudem kann durch Iteration des entsprechenden Laufweges das Temperaturprofil abgeschätzt werden.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Oldenburg

Year

1998

Author dc:creator

• Schomburg, Annette

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http://oops.uni-oldenburg.de/419

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