SOFAR-Kanal

Nach dem Snelliusschen Brechungsgesetz: ${\displaystyle \cos(\alpha _{2})={\frac {c_{2}}{c_{1}}}\cos(\alpha _{1})}$ wird ein Schallstrahl, der unter einem Winkel ${\displaystyle \alpha }$ zur Horizontalen im Schallgeschwindigkeitsminimum abgestrahlt wird, folgendermaßen gebrochen: Es sind ${\displaystyle \alpha _{1}}$ der Abstrahlwinkel, ${\displaystyle c_{1}}$ die Schallgeschwindigkeit in der Abstrahltiefe, ${\displaystyle \alpha _{2}}$ der gebrochene Winkel und ${\displaystyle c_{2}}$ die Schallgeschwindigkeit in der angrenzenden Tiefenschicht.

Zu Beginn ist ${\displaystyle c_{2}>c_{1}}$ und damit ${\displaystyle \left|\alpha _{2}\right|<\left|\alpha _{1}\right|}$, der Schallstrahl wird also zur Horizontalen hin gebrochen, bis es zur Totalreflexion kommt und sich das Vorzeichen des Winkels umkehrt. Nun ist ${\displaystyle c_{2}<c_{1}}$ und damit ${\displaystyle \left|\alpha _{2}\right|>\left|\alpha _{1}\right|}$, der Schallstrahl wird also von der Horizontalen weg gebrochen und bewegt sich wieder in Richtung der Tiefe, in der sich das Schallgeschwindigkeitsminimum befindet. Ab dort ist wieder ${\displaystyle c_{2}>c_{1}}$ und ${\displaystyle \left|\alpha _{2}\right|<\left|\alpha _{1}\right|}$, der Schallstrahl wird also wieder zur Horizontalen hin gebrochen bis Totalreflexion auftritt.

Die Tiefe, in der Totalreflexion auftritt, hängt vom Gradienten der Schallgeschwindigkeit und dem Abstrahlwinkel ${\displaystyle \alpha }$ ab. Der Bereich zwischen den Tiefen, in denen Totalreflexion auftritt, wird SOFAR-Kanal genannt. Je größer der Gradient und je flacher der Abstrahlwinkel ist, umso schmaler ist also der SOFAR-Kanal.

Da sich der Schall durch das Fixing hier nicht kugelförmig, sondern zylindrisch ausbreitet, nimmt die Schallenergie nicht quadratisch mit der Entfernung zur Schallquelle, sondern linear mit dieser ab. Dazu kommt noch, dass hier keine Absorption an der Oberfläche und am Meeresboden stattfindet. Dies führt dazu, dass die Schallenergie zu einem großen Teil im SOFAR-Kanal bleibt und der Schall sich dadurch über mehrere Tausend Kilometer ausbreiten kann.