Date of Award

6-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Space Science (MSSS)

Department

Physics

First Advisor

Dr. Roland Young

Abstract

The Martian atmospheric wind structure is a major unknown in our understanding of Mars’ climate because it is difficult to measure wind remotely. The Emirates eXploration Imager (EXI) instrument on board the Emirates Mars Mission (EMM) takes visible and ultraviolet images of the whole hemisphere of the planet at a time, and can capture complete weather systems at once, along with their evolution over time. This project uses EXI 320 nm observations to measure winds on Mars using Correlation Imaging Velocimetry (CIV), a cloud tracking method based on software developed for laboratory fluid dynamics experiments, and with significant heritage in planetary imaging. We focused on observation sequences designed specifically to capture high- cadence imaging of Mars, with images separated by as little as five minutes. The experimental procedure was first to look for overlapping pairs of images that contain trackable features, but with an image separation large enough in time to see these features move, and then create cropped pairs of processed images projected on a 0.05° × 0.05° degree longitude-latitude grid. We then optimized the CIV parameters for a representative pair of images, and finally applied the CIV method to as many EXI image pairs as possible. The results were presented as wind field maps, latitudinal profiles, zonal and meridional analysis plots and were compared to the output of an observationally calibrated atmospheric general circulation model, the Mars Climate Database (MCD).

Arabic Abstract

تعتبر بنية الرياح في الغلاف الجوي للمريخ جزء مبهم بالنسبة لفهمنا لمناخ المريخ وذلك لصعوبة قياس الرياح عن بعد بواسطة الأقمار الصناعية. كاميرا الاستكشاف الر قمية EXI‏ هي كاميرا إشعاعية على متن مسبار الأمل تعمل على التقاط صور في نطاق الأشعة المرئية والأشعة فوق البنفسجية لنصف الكرة الشمالي والجنوبي بالكامل بالإضافة إلى قدرتها على التقاط صوره شاملة لنظام الطقس على سطح الكوكب وتغيراته مع مرور الوقت. يقوم هذا المشروع باستخدام الصور التي تم الحصول عليها من خلال كاميرا الاستكشاف الرقمية EXI‏ ذات طول موجي 320 نانوميتر لقياس الرياح باستخدام CIV، وهي خوارزميه يتم من خلالها تتبع حركة السحب عن طريق برنامج تم تطويره للتجارب المختبرية لديناميكيات الموائع واستخدم بشكل رائج في تتبع حركة الموائع في الكواكب أيضاً. في هذا المشروع قمنا بالتركيز على مجموعات الصور ذات الجودة العالية المخصصة لالتقاط صور للسحاب بفارق خمس دقائق بين الصور. قمنا أولاً بالبحث عن ازواج من الصور المتداخلة والتي تحتوي على ميزات قابلة للتتبع كالسحاب بفارق زمني كافي لرؤية هذه الميزات تتحرك. ثم قمنا باقتصاص ازواج الصور التي تمت معالجتها وإسقاطها على شبكة خطوط طول ودوائر عرض بفياس 0.05° × 0.05°. ثم قمنا بتجارب على زوج من الصور بقيم مختلفة لأوسطه CIV للحصول على القيم المثلى ومن ثم تطبيقها على أكبر عدد من أزواج الصور التي تم الحصول عليها من EXI كاميرا الاستكشاف الرقمية. سيتم تقديم النتائج على شكل خرائط للسرعة المتجه للرياح ومخططات بيانيه لتحليل سرعة الرياح ومقارنتها بالنماذج الرقمية كقاعدة البيانات لمناخ المريخ (MCD).

Download

Included in

Physics Commons

COinS