Thèse Proxem Radio Occultation Polarimétrique pour le Suivi d'Evenements Extremes H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Ecole Nationale de l'Aviation Civile École doctorale : GEETS - Génie Electrique Electronique,Télécommunications et Santé : du système au nanosystème Laboratoire de recherche : ENAC-LAB - Laboratoire de Recherche ENAC Direction de la thèse : Rémi DOUVENOT ORCID 0000000287158550 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 Dans le contexte du changement climatique, les événements météorologiques extrêmes, tels que les rivières atmosphériques, les ouragans et les incendies de forêt augmentent en fréquence et en intensité. Cela pose des défis colossaux à la sécurité civile et à la communauté météorologique. La compréhension et le suivi de ces événements nécessitent un sondage atmosphérique continu et à haute résolution. Parmi les techniques utilisées, la Radio Occultation (RO) utilisant les systèmes de navigation par satellites (GNSS) est une technique prouvée et à précision élevée qui offre un fonctionnement opérationnel continu et une couverture mondiale.

Sur terre, la RO se base sur un satellite en orbite basse qui suit les signaux GNSS pendant qu'il est occulté derrière l'horizon. Ainsi, le signal électromagnétique traverse l'atmosphère et subit une courbure et un retard. Le signal reçu est traité pour déduire le profil de réfraction traversé lors de l'occultation. Les profils de température et d'humidité sont finalement déduits du profil de réfraction.

Or, l'inversion de données RO utilise l'approximation des rayons couplée à la transformée d'Abel [1] ou les transformées canoniques [2], ce qui suppose une symétrie azimutale locale de l'atmosphère durant l'occultation. Or, ces hypothèses ne sont plus valides lors des événements météorologiques extrêmes, où apparaissent des inhomogénéités horizontales.

Pour dépasser ces limites, le logiciel ROOSTER (Radio Occultation Simulation Tool for Extreme atmospheRes) a été proposé [3-4]. Capable de reproduire de grands événements de feux de forêt, il ouvre la voie aux nouvelles méthodes d'inversion en utilisant une modélisation complète du champ propagé. Aujourd'hui, ROOSTER ne prend pas en compte l'effet des pyro- et hydro-météores, ce qui empêche la prise en compte des effets de la pluie et la glace sur les événements considérés.

Récemment, la RO polarimétrique (PRO) a émergé à bord des satellites de RO. La PRO consiste à mesurer le déphasage entre les signaux polarisés horizontalement et verticalement, qui est une donnée sensible aux précipitations importantes et à l'orientation d'hydrométéores non sphériques. la PRO été appliqué avec succès pour évaluer la paramétrisation de la microphysique dans les rivières atmosphériques [5].

Ce projet intègrera les capacités polarimétriques dans ROOSTER pour établir une modélisation complète du champ électromagnétique et des schémas d'inversion pour les événements extrêmes. Cet objectif s'appuie sur l'expertise conjuguée de ENAC (simulations atmosphériques jusqu'aux échelles décamétriques) et ICE-CSIC (inversion de signaux GNSS-RO et modélisation de la microphysique).

Des études de sensibilité seront réalisées pour prévoir la capacité de la PRO à retrouver les propriétés hydrométéorologiques dans divers événements extrêmes (ouragans, rivières atmosphériques, panaches de feu de forêt). Les comparaisons avec les mesures de PRO pour lesquelles des modèles météorologiques sont disponibles seront utilisées à la fois pour améliorer nos connaissances sur l'impact de la dépolarisation d'un certain nombre d'hydrométéores, et pour contraindre les inconnues dans les modèles météorologiques [5].

Ensuite, des méthodes d'inversion seront développées pour les événements extrêmes les plus pertinents, sondant les inhomogénéités horizontales et la présence de hydrométéores. Pour réaliser ces inversions, nous formulerons la RO comme un problème d'optimisation sous contraintes couplé à des algorithmes d'inversion alimentés par la version polarimétrique de ROOSTER. En accord avec les communautés intéressées, nos priorités sont de déterminer la microphysique de la glace dans les pyrocumulonimbus et de quantifier le contenu d'eau dans les ouragans.

En conclusion, nous ambitionnons d'appliquer les techniques développées sur des mesures grâce aux bases de données disponibles de PRO et d'événements extrêmes pour les communautés de la surveillance météorologique et forestière. Radio occultation is a sounding technique to probe atmosphere from GNSS signals measured by a LEO satellite in ocultation geometry. Whereas radio occultation continuously probes the Earth atmosphere, it cannot be used to monitor extreme weather events due to the fast variations of the refractive index within.

In this context, the signal is modeled in the frame of geometrical optics, and the inversion is performed by analytical canonical transforms. The goal is to replace these techniques by full-wave modelling and more complex inversion strategies to probe extreme events for which the physical approximations behind geometrical optics are no longer valid. Develop a post-processing method to monitor extreme weather events using polarimetric radio occultation The methodological steps are the following:
- Bibliographic survey.
- Development of a polarimetric RO simulator for extreme events.
- Validation of the simulator on measurements during events of different natures and sizes using both satellite RO measurements and accurate large-eddy simulations.
- Development of inversion techniques to monitor extreme events based on the developed simulator.