Ingénieur pour évaluer l’apport de la mission satellitaire WIVERN (F/H)

Dans un environnement d'assimilation de données entièrement simulé mais réaliste, le candidat retenu mènera une étude d’impact pour évaluer l’apport de WIVERN pour améliorer les prévisions du modèle global de Prévision Numérique du Temps (PNT) ARPEGE de Météo-France. Pour mener à bien cette étude, le candidat fera tourner des expériences « Observing Simulated System Experiments » (OSSEs) avec le modèle global ARPEGE et son système d'assimilation de données 4D-Var. Ces expériences OSSEs viseront à évaluer les impacts des observations WIVERN de vents horizontaux, ainsi que des températures de brillance.

Ce travail s'appuiera fortement sur le cadre OSSE construit pour l'évaluation de l'impact de la constellation EPS-Sterna (Rivoire et al. 2024), et sur l’expertise gagnée par l’équipe d’accueil sur WIVERN lors de la phase 0.

Le travail se partagera en trois phases distinctes:

- La première partie du travail consistera à générer les observations WIVERN (HloS, Réflectivité et températures de brillance) à partir du Nature Run (NR), qui correspond à une prévision longue et continue réalisée avec le modèle global ARPEGE. Ce NR sera considéré comme l'état réel de l'atmosphère. Il sera donc utilisé pour simuler toutes les observations et servira également de référence pour l'évaluation de l'impact. Le module radar spatial disponible dans RTTOV-SCATT sera utilisé pour simuler les réflectivités en bande W, ainsi que les températures de brillance. Enfin, un opérateur d'observation simple, similaire à celui utilisé pour Aeolus, sera utilisé pour les simuler les vents horizontaux HLoS.

- La tâche suivante se concentrera sur l'impact des vents HLoS de WIVERN pour améliorer les prévisions du modèle Arpege. Des expériences OSSE 4DVar seront menées avec et sans les vents HLoS. La définition de l'erreur d'observation et du contrôle de qualité des observations WIVERN s'appuiera sur le travail effectué durant la phase 0.

L'impact des vents HLoS de WIVERN sera évalué en calculant les erreurs de prévisions des champs de température, de vent et d'humidité. L’impact de WIVERN sera également évalué sur les prévisions de précipitation. Le candidat retenu se penchera également sur des études de cas (tempêtes tropicales, ouragans, etc.) afin d'évaluer l’impact de WIVERN sur les prévisions des événements extrêmes.

- Enfin, le candidat retenu travaillera sur l'assimilation des températures de brillance de WIVERN 94 GHz, qui apporteront une information supplémentaire sur les variables condensées ainsi que sur l’humidité. Cette tâche s'appuiera sur les récents travaux réalisés pour la constellation EPS-STERNA. Un modèle d'erreur d'observation spécifique sera défini pour les températures de brillance de WIVERN, en suivant l'approche de Geer et Bauer (2011). Cette méthode définit un modèle d'erreur d'observation par morceaux qui permet d’augmenter les erreurs d'observation du ciel clair au ciel précipitant. L'impact de l'assimilation des températures de brillance de WIVERN 94 GHz sera évalué en synergie ou indépendamment des vents HLoS.

Les progrès et résultats obtenus seront régulièrement présentés à l’ESA ainsi qu’aux différents partenaires internationaux.

Projet concerné :

Dans le cadre du programme Earth Explorer 11, l’ESA vient de sélectionner les missions satellitaires WIVERN (WInd VElocity Radar Nephoscope, https://wivern.polito.it/) et CAIRT (Changing Atmosphere Infrared Tomography) pour passer en phase A. Cette décision fait suite au User Consultation Meeting de

l’ESA qui a eu lieu à Bucarest en Octobre 2023 durant lequel quatre missions qui étaient mises en concurrence pour la phase 0 ont pu défendre leur projet. La mission WIVERN est désormais en compétition avec la mission CAIRT jusqu’en 2025, date butoir à l'issue de laquelle une seule des deux missions sera sélectionnée par l’ESA pour un lancement du satellite en 2030.

La mission WIVERN a été initialement proposée afin de pallier au déficit existant d’observations de vents dans les zones nuageuses et précipitantes à l’échelle globale. En effet, en 2030, WIVERN fournira, pour la première fois au niveau global, des mesures directes des vents, de réflectivités et de températures de brillance à l'intérieur des systèmes nuageux et précipitant. Doté d'un radar Doppler à nuages à double polarisation et à balayage conique d'une portée de 800 km, WIVERN devrait permettre d'améliorer les prévisions des phénomènes météorologiques à fort enjeu. En effet, de récentes études menées au CNRM dans l’équipe d’accueil durant la phase 0 ont mis en évidence que les futures mesures de vent observées par WIVERN permettront de réduire significativement les incertitudes sur les prévisions du modèle de Prévision Numérique du Temps (PNT) global de Météo-France. Cette étude a également mis en lumière la très nette complémentarité avec le futur système d’observation global de 2030, notamment avec le LIDAR vent EPS-Aeolus actuellement proposé par l’agence EUMETSAT à ses États membres, et pour lequel les observations seront limitées aux zones de ciel clair ou faiblement nuageuses, et principalement dans la haute troposphère et basse stratosphère.

Durant la phase A, Météo-France propose d’étudier les capacités des vents observés par WIVERN à réduire les erreurs de prévisions du modèle global de PNT de Météo-France, ainsi qu’à améliorer les prévisions à fort enjeux (cyclone, tempête). En effet, ces aspects n’ont pas pu être traités durant la phase 0 en raison des limitations de la méthode ensembliste employée pour l’étude d’impact (Ensemble of Data Assimilation Method). Pour ce faire, l’équipe d’accueil propose désormais d’étudier l’apport de WIVERN dans un cadre d’Observing System Simulated Experiments (OSSE). Météo-France souhaite également étudier l’impact des températures de brillance collectées à 94GHz. Ces observations permettront de mieux contraindre les variables condensées et d’humidité au sein des nuages traversés.

Illingworth, A. J., and Coauthors, 2018: WIVERN: A New Satellite Concept to Provide Global In-Cloud

Winds, Precipitation, and Cloud Properties. Bull. Amer. Meteor. Soc., 99, 1669–1687,

https://doi.org/10.1175/BAMS-D-16-0047.1.

• Une expérience en télédétection et en assimilation de données est requise. De solides compétences dans un langage de programmation tel que Fortran/Python et dans la manipulation de manipulation de grands volumes de données est également souhaitable.

• Le candidat devra faire preuve de curiosité scientifique, d'autonomie, d'esprit d'équipe, de réactivité, de capacités d'analyse et de rigueur dans l'interprétation des résultats et de leur mise en forme. Il devra être capable de rendre compte de son activité à l'équipe du projet.

Le candidat devra également maîtriser l'anglais (expression orale et écrite). Dans le cadre du projet, un certain nombre de déplacements en Europe sont prévus.

Informations complémentaires :

Poste ouvert aux personnes en situation de handicap,

Poste en horaire de bureau,

CDD de 13 mois,

Niveau de diplôme : master ou doctorat

Niveau d'expérience minimum requis : confirmé

Niveau souhaité en anglais : Autonome