STAGE Utilisation réseau neurones artificiel pour améliorer prévision de vent opéationnelle H/F (Qualité et environnement)

Description de l'offre

Domaine : Qualité et environnement

Contrat : Stage

Description du poste :

Le Laboratoire d’Aérologie de Toulouse et le LMTE poursuivent depuis 2012 une collaboration dans le but d’améliorer la compréhension, la représentation et la prévision des écoulements à l’échelle très locale dans la zone où est implanté le centre de Cadarache du CEA. Les motivations de ce travail sont à la fois de nature académique (amélioration de la connaissance de processus locaux et de leur représentation) et finalisée (disposer d’outils opérationnels de description du transport local). Afin d’améliorer la description de la dispersion d’un rejet éventuel dans cette zone, qu’il soit de nature chronique ou événementielle.
La région de Cadarache est caractérisée par un relief complexe, avec des vallées de différentes dimensions. Elle présente également une occurrence élevée de stratifications stables, principalement lors des nuits de vent calme à ciel dégagé, fréquentes sous ce climat. Dans ces conditions, on observe des effets de canalisation (courants de densité), avec des interactions complexes entre les reliefs locaux et la vallée plus large de la Durance. Une première approche a été menée dans le cadre de la thèse de GJ Duine (2015), qui a permis, grâce à l’exploitation d’une campagne d’observations conduite au cours de l’hiver 2013, une description de la structure de ces écoulements à la verticale du site de mesure. Pendant cette période, une version adaptée du modèle de prévision météorologique WRF a été mise au point (Kalverla et al., 2015), avec une résolution de 1 km, et qualifiée grâce aux observations disponibles. Cet outil s’est révélé capable de décrire correctement les écoulements d’échelle supra-kilométrique (en particulier les courants de densité de la vallée de la Durance), mais ne peut bien sûr pas représenter les circulations locales kilométriques.
A partir de là, deux démarches ont été entreprises en parallèle pour mettre au point des outils capables de représenter les écoulements locaux (descente d’échelle) : la première, traitée dans la thèse de Dupuy (2018), est de nature statistique ; elle s’appuie sur les observations ponctuelles pour diagnostiquer un phénomène d’une échelle inférieure aux outils de prévision dont on dispose. La méthode mise au point est l’apprentissage par un Réseau de Neurones Artificiels (RNA). La deuxième vise à mettre au point une version de WRF avec une résolution horizontale (100m) à même de décrire ces mécanismes de petite échelle. C’est le sujet de la thèse en cours depuis 2018.

TUTEUR :
Thierry HEDDE                                          Tél. : 04 42 25 38 41
E-mail : Thierry.Hedde@cea.fr



Deux sujets sont possibles pour le stage :
1. Améliorer le modèle statistique de descente d'échelle par RNA en utilisant de nouvelles mesures de vent effectuées à 10m (respectivement 2m précédemment), en utilisant une boite à outil RNA Python (au lieu de Matlab). Le RNA sera appliqué aux sorties des prévisions opérationnelles du site. Un apprentissage dynamique basé sur les observations et les prévisions quotidiennes pourra être envisagé. La campagne de mesure menée en 2017 a permis des observations spatialisées (16 stations sols), elles pourraient contribuer à la mise au point d'une descente d'échelle spatialisée.
2. Une base de données terrain (Corine LandCover) est en cours d'implémentation dans WRF. Cette base permet d'améliorer les conditions aux limites sol du modèle météorologique à condition de traduire l'usage des sols en grandeurs physiques adaptées (albédo, rugosité…). La base de données Ecoclimap permet d'accéder à certaines de ces grandeurs. Le travail de stage consistera à effectuer les traitements géographiques (sous QGIS) pour estimer les grandeurs physique associées à chaque usage de terrain en Europe. Une validation ponctuelle sur Cadarache sera effectuée pour certaines grandeurs mesurées localement : albedo, rugosité, EvapoTranspiration…

Le stage sera réalisé au LMTE, sur le site du CEA à Cadarache. Les calculateurs ainsi que l'environnement humain et informatique nécessaires à l'étude proposés sont disponibles au LMTE.

Compétences requises :
Les prérequis pour le stage sont des connaissances de base en mécanique des fluides, une adaptabilité aux environnements informatiques (W10 ou Linux), une motivation pour la programmation (Python).
L'anglais pourra être en partie la langue de travail.

Qualités attendues :
• Autonomie,
• Communication,
• Rigueur,
• Esprit d'équipe.

Références :
Duine, GJ, 2015, Characterization of down-valley winds in stable stratification from the KASCADE field campaign and WRF mesoscale simulations. PhD Thesis, Université de Toulouse. http://thesesups.ups-tlse.fr/2980/1/2015TOU30258.pdf
Dupuy, F., 2018, Amélioration de la connaissance et de la prévision des vents de vallée en conditions stables. Expérimentation et modélisation statistique avec RNA. PhD Thesis, Université de Toulouse. https://www.atmosud.org/sites/paca/files/atoms/files/7_florian_dupuy_cea_effets_orographiques_dispersion_autour_cadarache_cs_airpaca_181217.pdf
Kalverla, P., G.-J. Duine, G.-J. Steeneveld, and T. Hedde (2015). Evaluation of the Weather Research and Forecasting model for contrasting diurnal cycles in the Durance Valley complex terrain during the KASCADE field campaign. J. Appl. Meteorol. Climatol. 55: 861–882. https://doi.org/10.1175/JAMC-D-15-0258.1
Python ANN Toolbox : https://pypi.org/project/neurolab/


Ville : SAINT PAUL LEZ DURANCE

Langue / Niveau :

Anglais : Courant