Stage de recherche pour étudiant(e) de M1 ou M2au Laboratoire d’Optique Atmosphérique

Durée : entre 3 et 4 mois
Début : entre début avril et mi mai 2025
Gratification : ~ 750 euros par mois
Ce stage est financé par ACTRIS France ( https://www.actris.fr/ ), composante française d’ACTRIS,
infrastructure de recherche européenne en support des recherches sur le climat et la qualité de l’air.
Contact : Nicolas Ferlay nicolas.ferlay@univ-lille.fr
Faire parvenir un CV et une lettre de motivation
Intitulé :
Amélioration de la description des couvertures nuageuses à partir de mesures sol : analyse des
sorties et perfectionnement de l’algorithme d’analyse d’imageur de ciel (skyimager) du Laboratoire
d’Optique Atmosphérique (Villeneuve d’Ascq, Université de Lille)
Description et objectif scientifiques du stage :
Le taux de couverture nuageuse (fraction de ciel occupée par des nuages) est une variable
météorologique importante que des services météorologiques ou de recherche estiment à partir de
mesures sol ou satellites, ou estiment à partir de modèles atmosphériques, y compris en prévision
météorologique. Il peut être obtenu in situ à partir de l’analyse d’imageurs de ciel total (sky
imager), par exemple grâce à l’algorithme communautaire ELIFAN (Lothon et al, 2019), centralisé
à AERIS (https://www.aeris-data.fr/).
Au Laboratoire d’Optique Atmosphérique, des travaux ont permis une adaptation d’ELIFAN à
l’imageur de la plateforme instrumentale multilaboratoire ATOLL (Atmospheric Observations in
LiLLe, bâtiment P5, Cité Scientifique ; https://www.loa.univ-lille.fr/observations/plateformes?
p=apropos) en développant des fonctionnalités originales (apprentissage de la réponse angulaire de
l’imageur pour un suivi précis du soleil ; quadrillage de l’image pour la détection de cellules
nuageuses isolées), et en testant des restitutions d’altitude de nuage par stéréovision.
Ce stage de recherche a pour but d’analyser de manière détaillée les premières sorties de cette
version d’ELIFAN/LOA, et d’analyser, consolider et améliorer ses développements afin d’en faire
profiter la communauté ELIFAN. Ces travaux relève du groupe de travail imageur du CAES-MTO
d’ACTRIS-FR.
Les objectifs de ce stage de recherche sont les suivants :

• (i) obtenir une climatologie des fractions nuageuses à Lille à partir des sorties de cet algorithme :
  variabilité annuelle et moyenne saisonnière, variation journalière typique, différence entre seuils
  absolu et diférentiel de l’algorithme;
• (ii) analyse de biais : des biais sont attendus dans le cas de ciel clair mais chargé en aérosols, pour
  des angles solaires et de visée bas sur l’horizon; des synergies et comparaison avec d’autres
  paramètres observés seront exploitées pour analyser ces biais (mesures AERONET de la colonne
  d’aérosols, filtre nuageux basé sur l’analyse du rayonnement) ;
• (iii) développer et consolider une nouvelle version du code qui éventuellement corrige des biais
  observés et permettent des améliorations. Elles sont attendues entre autre en ce qui concerne une
  définition optimale du masque solaire, et la définition d’une nouvelle variable de sortie de
  l’algorithme ‘soleil visible/partiellement visible /caché’.

Ce stage et ses résultats permettront d’obtenir une nouvelle caractérisation des couvertures
nuageuses et des conditions d’éclairement au dessus de la plateforme ATOLL. Ce stage demandera
le goût pour la programmation et des compétences en langage python pour l’analyse des données
des différents instruments, données coïncidentes et déjà largement mises en forme pour faciliter leur
analyse.
Contexte de cette étude :
Ce stage s’inscrit dans un contexte d’exploitation de sky-imager sur différents sites et pour
différentes applications. L’objectif est d’améliorer une version commune de l’algorithme de
traitement, synthétiser et étendre les climatologies sur les couvertures nuageuses à partir des
caméras de différentes sites. Les applications concernent l’exploitation de sky-imager pour
l’analyse détaillée du rayonnement solaire en surface par type de couverture nuageuse, pour la
validation de masques nuageux satellitaires, pour des études de stéréovision des couvertures
nuageuses, ainsi que le test futur d’algorithme par apprentissage (IA).

Référence :
Lothon, M., Barnéoud, P., Gabella, O., Lohou, F., Derrien, S., Rondi, S., Chiriaco, M., Bastin, S.,
Dupont, J.-C., Haeffelin, M., Badosa, J., Pascal, N., and Montoux, N.: ELIFAN, an algorithm for
the estimation of cloud cover from sky imagers, Atmos. Meas. Tech., 12, 5519–5534,
https://doi.org/10.5194/amt-12-5519-2019, 2019