Multi-dimensional Polarized Radiative Transfer Modeling of Titan's Atmosphere

Abstract

Das Ziel dieser Doktorarbeit ist die Entwicklung und Validierung eines mehrdimensionalen Strahlungstransportmodelles unter Berücksichtigung von Polarisation für Titans Atmosphäre. Das Modell ist in der Lage die monochromatische Strahlungstransportgleichung in spärischer Geometrie zu lösen. Polarisation wird durch die vier Stokesparameter und die 4 x 4 Streuwinkelmatrix berücksichtigt. Die Strahlungstransportgleichung kann für Systeme mit thermischen und/oder solaren Strahlungsquellen gelöst werden. Randbedingungen berücksichtigen zwei Arten (Fresnel und Lambert) der Oberflächenreflektion.Das Modell wird für den eindimensionalen polarisierten Strahlungstransport durch Vergleich mit Musterfällen aus der Literatur validiert. Diese Validierung bestätigt das Modell für den planparallelen Fall. Weiterhin wird ein eingeschränkter Test zur Validierung der auf dem eindimensionalen Fall aufbauenden pseudo-spärischen Implementierung durchgeführt. Das dreidimensionale Modell kann nur eingeschränkt validiert werden da wenig Vergleichsdaten vorliegen, insbesondere für den polarisierten Fall. Einige Tests fuer Grenzfälle und den direkten Vergleich mit in-situ Beobachtungen sind jedoch in der Arbeit enthalten. Für den Vergleich mit in-situ Beobachtungen wurde die Atmosphäre des Mars als Testfall ausgewählt. Die Tests zeigen im Rahmen der Einschränkungen befriedigende Resultate.Ein weiterer Punkt der Forschungsarbeiten ist die Anwendung des Modells auf die Atmosphäre Titans unter Verwendung der zur Zeit bekannten atmosphärischen Eigenschaften, um zu demonstrieren, dass das Modell vernünftige Resultate liefert und das sich die Ergebnisse des spärischen (3-D) Modells erheblich von denen des planparallelen (1-D) unterscheiden. Modellergebnisse für das interne polarisierte Strahlungsfeld von Titan unter Berücksichtigung der Mikrophysik der Atmosphäre werden dargestellt. Die Simulationen berücksichtigen die Geometrie, Frequenz, Winkelauflösung und weitere Parameter die für das Huygens/DISR Experiment Anfang 2005 vorgegeben sind.