Cool, dass du dich da so fundiert dran setzt!
Ich lass dir mal diesen Link hier, damit du ein bisschen lesen kannst, wie Historiker das für die Antike machen. Ich denke die "Faktenlage" kann man stellenweise als sehr ähnlich ansehen, dementsprechend findest du evtl ein paar Methoden, die dir weiterhelfen.
Und dann habe ich ein paar (konstruktive) Kritikpunkte:
Diese Annahme würde ich hinterfragen. Du sagst selber, dass Arda zu der Zeit eine Kugel ist, das heißt bei der Berechnung der Fläche auf Basis einer projizierten Karte musst du die Projektion berücksichtigen. Du nimmst eine flächentreue Projektion an, ich hätte eine konforme Projektion angenommen. Wir haben leider keinen Hinweis auf das eine oder das andere, sprich wir haben hier eine potenziell signifikante Fehlerquelle. Ich persönlich tendiere dazu, dass ich Recht habe, da seefahrende Nationen insbesondere an Hilfsmitteln für die Navigation interessiert sind, und dementsprechend eine konforme Karte sinnvoller ist (ich gehe hier davon aus, dass die Karte aus Gondor stammt, was seine Tradition aus Numenor zieht). Immer unter der Annahme natürlich, dass Kartographen in Mittelerde akkurat arbeiten.
Der Ansatz ist auf jeden Fall sinnvoll, und zwar nicht nur als Sanity Check. Man muss hier aber berücksichtigen, welche Art der militärischen Organisation vorliegt: Stehende (professionelle) Armee oder wehrpflicht basiert (ich meine, dass Truppen zu Kriegszeiten ausgehoben werden, da gibt's doch bestimmt auch ein Fachwort für). Das römische Militär hat im Laufe der Existenz von Republik und Imperium einen Wandel durchgemacht, die militäische Kapazität unter beiden Systemen ist im Allgemeinen unterschiedlich, und hängt auch vom Grad der Zentralisierung und der administrativen Kapazität ab. Wenn ich das noch richtig im Kopf habe, dann haben Gondor und Rohan nur eine kleine stehende Armee, der Großteil der Truppen in der Schlacht vom Pelennor besteht aus Wehrpflichtigen, die eingezogen werden (ich bin aber zu faul grade zu nachzuschlagen in welche Periode die von dir zitierten römischen Schlachten fallen). Du wirfst zurecht ein, dass nur ein kleiner Teil dieser eingezogenen Minas Tirith rechtzeitig erreicht.
Wie kommst du darauf? Ich würde aufgrund der Nebelberge und der Weißen Berge, die Rohan vom Meer trennen, eigentlich eher von einem kontinentalen Klima in Rohan ausgehen.
Die Idee ist im Vakuum (pun intended indeed) nicht schlecht, aber deine Ergebnisse zeigen ja, dass die Anwendung auf Rohan etwas ungenau ist. Ich hab leider keine Daten zur Hand, um das Modell zu füttern, das ich dir jetzt vorschlage, aber vielleicht kannst du ja trotzdem was damit anfangen: Mobilfunknetze werden oft mit einem Anziehungs-Abstoßungsmodell approximiert, um Funkzellenverteilung und Nutzung zu modellieren. Übertragen auf unser Problem hier würde das bedeuten, dass sich Siedlungen in einem gewissem Maß anziehen (aber unterhalb einer bestimmten Entfernung abstoßen), und das gleiche für Siedlungscluster gilt. Das würde deine unglücklichen Gefährten in Rohan besser erklären. Vielleicht kann man mithilfe der bekannten Entfernungen zwischen Siedlungen in Rohan so ein Modell füttern und damit genauer werden. Ich befürchte aber, dass wir dafür zu wenig Daten haben.
Eine andere, die mir gekommen ist, wäre Kriging zu nutzen, um die Bevölkerungsdichte abzuschätzen. Danach könnte man über die Fläche integrieren und hätte die Bevölkerungszahl. Problem: wir brauchen eine vollständige Karte aller größeren Siedlungen in Rohan, Kriging ist komplex und eine korrekte Anwendung der Methode ist ohne Domain spezifisches Wissen nicht einfach (oder möglich). Es gibt tatsächlich ein paar Publikationen, die Kriging für einen ähnlichen Anwendungsfall nutzen (zB hier, hier).