La réfraction thermique est un phénomène qui se produit lorsque les ondes sonores traversent un milieu où la température n'est pas uniforme. Cela est dû au fait que la vitesse du son varie en fonction de la température de l'air. Dans un environnement où la température change avec l'altitude (gradient de température), les ondes sonores se courbent.
\[ c(z) = c_0\sqrt{1 + \frac{T(z)}{T_0} + W(z)\cos(\theta)} \]
$c_0$ la célérité de référence à la température $T_0$,
$T$ la température en Kelvin,
$W$ la vitesse du vent,
$\theta$ l'angle du vent avec la direction émetteur-récepteur.
C'est le gradient vertical de célérité qui compte $\frac{\partial c(z)}{\partial z}$.
Si la température augmente avec l'altitude (comme par une journée ensoleillée près du sol), les ondes sonores se courbent vers le bas, vers le sol. Cela peut augmenter la portée du son et le rendre plus audible à de plus grandes distances. On dit qu'il s'agit d'un cas favorable à la propagation.
Si la température diminue avec l'altitude (comme lors d'une inversion thermique), les ondes sonores se courbent vers le haut, loin du sol. Cela peut créer une "zone d'ombre acoustique" où le son est moins audible. On dit qu'il s'agit d'un cas défavorable à la propagation.
En conditions homogènes, c'est-à-dire lorsque la température et la vitesse du vent sont uniformes avec l'altitude (pas de gradient), les phénomènes de réfraction thermique et aérodynamique ne se produisent pas.
La portée du son est déterminée principalement par l'atténuation géométrique : l'intensité du son diminue avec le carré de la distance à la source, en raison de l'étalement de l'énergie sonore sur une surface de plus en plus grande.
Il n'y a pas de formation de zones d'ombre ou de zones de renforcement du son : le son est entendu de manière relativement uniforme dans toutes les directions autour de la source.
