natureПриродопользованиеNature Management2079-3928Институт природопользования НАН Беларусиnature-145Research ArticleГЕОГРАФИЯ. ГЕОЭКОЛОГИЯGEOGRAPHY. GEOECOLOGYПрикладные программы для моделирования температурного режима деятельного слоя территории белорусской антарктической станцииApplication programs for simulation the temperature regime of the active layer of the vicinity of the Belarusian Antarctic stationБровкаГ. П.BrovkaG. P.

Бровка Геннадий Петрович – доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, г. Минск

Gennady P. Brovka – D. Sc. (Technical), Professor, Chief Researcher

10, F. Skoryna Str., 220076, Minsk

brovka_gp@tut.byАгутинК. А.AgutinK. A.

Агутин Кирилл Алексеевич – научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, г. Минск

Kirill A. Agutin – Researcher

10, F. Skoryna Str., 220076, Minsk

kirill.agutin@gmail.comДорожокИ. Н.DorozhokI. N.

Дорожок Инга Николаевна – научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, г. Минск

Inga N. Dorozhok – Researcher

10, F. Skoryna Str., 220076, Minsk

ingadorozhok@list.ruИнститут природопользования НАН БеларусиInstitute of Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus202522032026024661Copyright © Бровка Г.П., Агутин К.А., Дорожок И.Н., 20262026Бровка Г.П., Агутин К.А., Дорожок И.Н.Brovka G.P., Agutin K.A., Dorozhok I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nature-journal.by/jour/article/view/145

В статье представлены две прикладные программы для моделирования температурного режима деятельного слоя территории белорусской антарктической станции, одна из которых служит для моделирования температурного режима на горизонтальных поверхностях, а вторая учитывает наклон поверхности и связанные с ним особенности. Расчетная схема программы для горизонтальных поверхностей построена на трехмерной ортогональной сетке. Для программы, учитывающей наклон поверхности, используется трехмерная неортогональная сетка. В численных моделях обоих вариантов программ учитывается зависимость фазового состава воды и теплофизических характеристик верхнего слоя пород от температуры. В программах учтено формирование граничных условий на поверхности территории, обусловленных метеорологическими условиями. В частности, в программе для склоновых поверхностей учтено влияние угла наклона на суточный ход плотности потока солнечной радиации.

Проведено тестирование разработанных программ на эталонных моделях и путем сравнения данных, полученных с помощью мониторинга температурного режима на контрольных площадках, с данными численного моделирования по разработанным программам. Получено удовлетворительное соответствие.

This paper introduces two applied tools designed to simulate the thermal regime of the active layer in the vicinity of the Belarusian Antarctic station. The first program focuses on temperature dynamics over horizontal surfaces, while the second incorporates the effects of surface inclination and its specific features. The horizontal-surface model employs a three-dimension orthogonal grid, whereas the slope-oriented model is based on a three-dimensional non- orthogonal mesh. Both approaches account for the temperature-dependent phase composition of water and the thermophysical properties of the upper soil layer. Boundary conditions are formulated using meteorological inputs, including air temperature, wind speed, and solar radiation. In the slope model, particular attention is given to the influence of surface angle on the diurnal variation of incoming solar flux.

The developed tools were tested against benchmark models and validated through comparison with field monitoring data collected at control sites. The numerical simulations demonstrated satisfactory agreement with the observed temperature profiles, confirming the reliability of the proposed methodology.

прикладная программамоделирование температурного режиматрехмерная неортогональная сеткатеплофизические характеристики горных породфазовые переходы воды в ледмониторинг температурного режимаapplication programtemperature regime simulationthree-dimensional non-orthogonal gridthermophysical characteristics of rocksphase transitions of water into icetemperature regime monitoringReferencesИзраэль, Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю. А. Израэль. – М. : Гидрометеоиздат, 1984. – 560 с.Israel Y. A. Ekologiya I kontrol sostoyaniya prirodnoy sredy [Ecology and control of the state of the natural environment]. Moscow, Hydrometeoizdat Publ., 1984, 560 p. (in Russian)Расчеты температурного режима и энергетических затрат при формировании ледопородных ограждений для проходки шахтных стволов / Г. П. Бровка, К. А. Агутин, М. В. Мучко, Н. А. Липницкий // Инженерная геология. – 2021. – Т. 16, № 1. – С. 74–84.Brovka G. P., Agutin K. A., Muchko M. V., Lipnitsky N. A. Raschioty temperaturnogo rezhima i energeticheskih zatrat pri formirovanii ledoporodnyh ograzhdeniy dla prohodki shahtnyh stvolov [Calculations of temperature conditions and energy costs during the formation of ice walls for sinking mine shafts]. Inzhenernaya geologiya = Engineering geology, 2021, vol. 16, no. 1, pp. 74–84. (in Russian)Бровка, Г. П. Математические модели и методы экспериментального исследования процессов тепломассопереноса и пучения при промерзании грунтов / Г. П. Бровка, К. А. Агутин, А. А. Мурашко // Инженерная геология. – 2021. – Т. 16, № 4. – С. 62–71.Brovka G. P., Agutin K. A., Murashko A. A. Matematicheskie modeli i metody experimentalnogo issledovaniya processov teplomassoperenosa i pucheniya pri promerzanii gruntov [Mathematical models and methods of experimental study of heat and mass transfer processes and heaving during soil freezing]. Inzhenernaya geologiya = Engineering geology, 2021, vol 16, no. 4, pp. 62–71. (in Russian)Бровка, Г. П. Взаимосвязанные процессы тепло- и массопереноса в природных дисперсных средах / Г. П. Бровка. – Минск : Бел. навука, 2011. – 363 с.Brovka G. P. Vzaimosvyazannye processy teplo- i massoperenosa v prirodnyh dispersnyh sredah [Interrelated processes of heat and mass transfer in natural dispersed media] Minsk, Belaruskaya Navuka Publ., 2011, 363 p. (in Russian)Матвеев, Л. Т. Теория общей циркуляции атмосферы и климата Земли / Л. Т. Матвеев. – Л. : Гидрометеоиздат, 1991. – 295 с.Matveev L. T. Teoriya obschey cirkulyaciy atmosfery i klimata Zemli [Theory of General Circulation of the Atmosphere and Climate of the Earth] Leningrad, Hydrometeoizdat Publ., 1991, 295 p. (in Russian)Duffie J. A. Solar engineering of thermal process / J. A. Duffie, W. A. Beckman. – 1st ed. – N. Y. : John Wiley and Sons, 1980. – 469 p.Duffie J. A., Beckman W. A. Solar engineering of thermal process. 1st ed. New York, John Wiley and Sons, 1980, 469 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.