Titre du stage :

Interprétation de la multimodalité des spectres Doppler du radar météorologique ROXI lors d’évènements orageux.

Informations générales :

–          Niveau : M2 ou équivalent

–          Lieu : LATMOS, 11 boulevard d’Alembert, 78280 Guyancourt

–          Durée / période : 4 à 6 mois, entre février et août 2026

–          Responsables du stage : Nicolas Oudart (UVSQ) & Nicolas Viltard (CNRS)

–          Rémunération : 4,35€/h

Contexte du stage :

Des radars sont couramment utilisés en météorologie pour l’étude de la microphysique des nuages et des précipitations. L’idée est d’émettre un rayonnement électromagnétique en direction du ciel, et de mesurer l’énergie rétrodiffusée (réflectivité) en direction du radar par les hydrométéores en fonction du temps. Plusieurs sondages consécutifs permettent même d’estimer la vitesse des cibles dans le long de l’axe de visée grâce à l’effet Doppler.

En développement au LATMOS depuis 2016, ROXI est un radar bande-X compact et de faible puissance, conçu pour l’étude des précipitations entre 0 et 13 km d’altitude. Orienté vers le zénith, ROXI permet d’obtenir des profils verticaux de spectres Doppler, combinant la vitesse verticale de l’air et la vitesse de chute des hydrométéores. Avec ces profils, aussi appelés « spectrogrammes Doppler », on peut pour 128 fenêtres d’altitude, séparer les différents types d’hydrométéores par leur vitesse de chute et leur réflectivité. La classification des différentes populations d’hydrométéores observées à partir de ces 2 informations est un enjeu majeur pour l’interprétation des données de ROXI.

Un des sujets actuellement à l’étude au sein de l’équipe ROXI est l’interprétation de spectres Doppler présentant des modes multiples, trahissant la coexistence de différentes populations d’hydrométéores à une même altitude. De tels spectres ont notamment été observés lors d’événements orageux, durant des campagnes de mesures en région parisienne. Pour cette raison, un outil d’analyse modale des spectres Doppler ROXI a été mis en place en 2025, permettant une réinterprétation d’un cas d’orage datant d’août 2020.

La suite logique de cette étude est de systématiser l’application de cet outil à l’intégralité des observations d’orages réalisées par ROXI, afin d’améliorer notre compréhension des phénomènes menant à la coexistence de différentes populations d’hydrométéores à une même altitude lors de ce type d’événements. Pour ce faire, il faudrait être capables de classer les différentes populations détectées, afin de pouvoir tirer des liens entre les différents évènements.

Description du stage :

Ce stage aura lieu au sein de l’équipe « Météo/Climat/Instrumentation/IA » du département « Atmosphère » du laboratoire.

L’objectif de ce stage est l’interprétation des spectres Doppler multimodaux mesurés par le radar ROXI lors d’événements orageux.

Cette étude impliquera :

–          Une étude bibliographique sur l’observation d’événements orageux par radar Doppler.

–          La prise en main des outils de traitement des données de ROXI, en particulier de l’outil d’analyse modale développé l’an dernier.

–          La programmation d’un logiciel de recherche des spectres multimodaux, à appliquer aux observations d’orages par ROXI.

–          La programmation d’un logiciel se basant sur notre outil d’analyse modale pour extraire les vitesses Doppler / réflectivités des différents modes détectés dans les données ROXI.

–          La programmation d’outils de visualisation / d’interprétation, dans le but de classifier les différentes populations d’hydrométéores correspondant aux modes détectés dans les données ROXI.

–          L’utilisation d’outils de simulation de données radar Doppler, pour aider à valider les interprétations.

–          L’analyse complémentaire de données provenant d’autres instruments, acquises en parallèle des observations ROXI (lame d’eau Météo-France, disdromètres, radars bande-W).

On s’intéressera en particulier aux données de la campagne EXAEDRE (Corse, 2018), durant laquelle ROXI avait pour mission l’étude des précipitations lors d’orages. Des données d’orages observés en 2025-2026 par l’instrument ROXI actuellement en activité au SIRTA pourront également être étudiées.

Dans le but de classifier les différentes populations d’hydrométéores, on s’intéressera à des méthodes de classification non-supervisées, aussi appelées « clustering ».

Les différents programmes seront codés en langage Python.

Possibilité de continuation en thèse : Oui, sous réserve de financement.

Contacts :

–          Nicolas Oudart : nicolas.oudart@latmos.ipsl.fr

–          Nicolas Viltard : nicolas.viltard@latmos.ipsl.fr

Ressources :

–          Site web de ROXI : https://roxi.projet.latmos.ipsl.fr/

–          Développement radar au LATMOS pour l’étude des propriétés microphysiques des nuages et des précipitations, ENVIREM, 2019, HAL : https://hal.science/hal-02389653/