Четко выраженные, по-своему красивые графики показывают колебательный волновой характер природного явления. Только такой вид и объединяет каждое наводнение в Петербурге. Более того, так же выглядят и катастрофические цунами, и катастрофические половодья на реках, например на Лене. Различия состоят лишь в масштабах времени. Наши наводнения длятся примерно сутки, цунами – несколько часов, речное половодье – несколько недель, а то и месяцев.
Волновым обликом исчерпывается сходство различных случаев наводнений. Каждый из продемонстрированных потопов отличается от других не только высотой, но и продолжительностью, величиной и скоростью подъема и спада воды, начальными и конечными отметками уровня. Иногда на фоне подъема или спада проявляются вторичные колебания, усложняющие анализ и прогноз явления.
Продолжительность полного цикла составляет от 8 часов до почти 2 суток, иногда подъем воды происходит быстрее спада, иногда – наоборот. Также изменчивы величины подъема– спада и их скорости. Различна и продолжительность затопления выше 160 см, выше 210 см или любой другой отметки. Подобные нерегулярные, неправильные, асимметричные колебания именуются в океанологии непериодическими. Они преобладают в окружающем нас мире, удивительно склонном к переменам. Правильные, строго периодические колебания встречаются в природе гораздо реже.
Есть еще способ изображения наводнений – в виде карты, на которую нанесены границы распространения воды.
На представленной карте показано затопление Ленинграда 23 сентября 1924 г. в трех грубых, но наглядных градациях: "выше колена", "до пояса", "по горло и выше" (из газеты "Ленинградская правда" за 27 сентября 1924 г.).
Измерения уровня воды с помощью реек-футштоков и мареографов производятся не только в Петербурге. Сравнение измерений в различных пунктах позволяет рассмотреть особенности возникновения и развития наводнения. На представленном здесь графике показаны колебания уровня воды на семи гидрометеорологических станциях побережья Балтийского моря и Финского залива 28-29 сентября 1975 г.
Видно, что наводнение приходит в устье Невы с запада в виде волны, высота которой возрастает по мере движения. По степени (коэффициенту) возрастания можно определить высоту наводнения в Петербурге, зная высоту на любой из станций. Легко найти и скорость движения волны по расстоянию и времени "добегания" гребня до Петербурга. Расчет основных характеристик наводнения 29 сентября 1975 г. представлен в приведенной здесь таблице.
Поступательное движение гребня волны четко обнаруживается также, если рассмотреть измерения уровня воды на станциях в некоторые фиксированные моменты времени, построив таким способом последовательные профили водной поверхности Трансбалтики от устья Йены до входа в Финский залив и далее до Лиепаи, Клайпеды, Калининграда вплоть до Датских проливов на границе Балтийского и Северного морей.
Профили также имеют волновой вид. По ним можно приближенно определить длину волны наводнения. Она составляет несколько сот километров, что в тысячу и более раз превышает средние глубины Балтийского моря и Финского залива – соответственно 56 и 37 м – и даже их максимальные глубины – 459 и 123 м. Это и есть злополучная "длинная волна", полностью ответственная, по некоторым представлениям, за наводнения в Петербурге.
Понятно, что характеристики каждого конкретного наводнения определяются по мере поступления всех сведений. Затем, после завершения наводнения, они сопоставляются с другими случаями, обобщаются и используются для предсказаний.
Волны на поверхности моря, которые мы наблюдаем в ветреную и штормовую погоду, имеют другое происхождение. Это короткие волны. Они имеют малую длину по сравнению с глубиной (или, по крайней мере, близки к ней) и переносят небольшие по сравнению с длинными волнами объемы воды, которые только захлестывают пляжи или грозно вздымаются у крутых берегов, но не способны затопить, как наводнения, большие пространства суши.
Длинная волна не ограничивается дельтой Невы и Петербургом. Благодаря своей огромной энергии она распространяется вверх по реке примерно на 30-40 км (длина Невы 75 км). Энергия наводнения тратится на затопление дельты и преодоление уклонов местности. На расстоянии 7-10 км от устья, т. е. еще в пределах новостроек восточных районов города, Нева течет в довольно крутых берегах, и подъемы воды здесь уже не представляют опасности. А на другой половине реки – от ее середины до истока из Ладожского озера – происходят спады уровня воды.
И еще одной особенностью отличаются невские наводнения: примерно четверть из них происходит при наличии льда. Тонкий ледяной покров, преобладающий в мягкие зимы, легко взламывается при повышении уровня воды и сильном западном ветре. Но бывает, что наводнения случаются после относительно продолжительного морозного периода. Тогда от возвышения уровня образуются торосы и навалы льда (высотой до 5– 10 м) на берега.
Не одними наводнениями, однако, жива державная Нева. Они скорее редкость – в среднем примерно однажды в год, ну максимум десять опасных подъемов, как в 1983 г. Колебания же уровня воды происходят непрерывно и довольно спокойно, постепенно и плавно. Причем абсолютно преобладают небольшие, заметные лишь терпеливому наблюдателю, отклонения от среднего положения, т. е. от ординара или от нуля Кронштадтского футштока. Из полного ряда ежечасных измерений у Горного института (более миллиона значений с 1878 г., когда был установлен мареограф) колебания от 30 см до -30 см составляют почти 90 %. Пример таких колебаний продемонстрирован на графике.
Сразу видно, как мало они похожи на те, что происходят при наводнениях. При устойчивой летней погоде в конце июля 1980 г., во время Олимпийской парусной регаты в Таллинне, по ежечасным измерениям в течение пяти суток на четырех наиболее показательных пунктах в Финском заливе происходили колебания с амплитудой не более 30 см и периодом около суток. Это собственные колебания залива.
Любой природный объект склонен к колебаниям и обладает своими собственными периодами и амплитудами. В гидрометеорологии собственные колебания водоемов называются "сейшами".
Их основное наглядное свойство – почти одновременное наступление максимумов и минимумов по всему водоему, синхронность колебаний. Особенно четко проявляются сейши на островах, в данном случае на Гогланде. В Ленинграде и Таллинне заметны, кроме того, мелкие вторичные колебания – тоже сейши – с периодами 2– 6 часов, что является следствием расположения этих пунктов в небольших по размерам Невской губе и Таллиннской бухте, которые также имеют свой период собственных колебаний и где влияющих факторов больше, чем в открытой части Финского залива. Видно также, что в июле 1980 г. сейши происходили на фоне общего понижения уровня воды. Существуют, следовательно, и колебания длительного периода, требующие продолжительных измерений.
Кроме экстремальных повышений уровня воды (наводнений) и повседневных "бытовых" колебаний (сейшей) в устье Невы, в Финском заливе и во всей Балтике происходят и экстремальные понижения уровня воды – сгоны. Они, как и наводнения, неблагоприятны, хотя и не в такой степени. Сгоны ведут себя спокойнее, происходят медленнее и длятся дольше, чем наводнения.
Сильные сгоны продолжаются, как и наводнения, примерно сутки. Но пониженные уровни могут сохраняться десять – двадцать суток, как, например, в ноябре 1959 г. или в марте 1960-го. В отличие от наводнений, сгоны бывают в любое время года. Необычно и непривлекательно из-за загрязненного дна выглядят тогда небольшие городские реки и каналы при сгонах, а от пологих берегов Невской губы вода отступает на километр и более. Наибольшие помехи сгоны создают судоходству: в 1996 г., например, суперсовременный крейсер "Петр Великий" несколько суток не мог выйти в море из-за понижения уровня воды в устье Невы почти на метр ниже обычного. От сгонов нарушается водоснабжение, хуже ловится рыба, отменяются парусные соревнования.
Наинизший уровень у Горного института наблюдался 2 ноября 1910 г.: 124 см ниже нуля Кронштадтского футштока.
Вспомним абсолютный наблюдаемый максимум – 421 см в 1824 г. – и получаем размах колебаний уровня воды в Петербурге около 5,5 м – наибольший по всему Балтийскому морю. Изучение стонов до сих пор все же не привлекает такого внимания, как наводнения.