Наконец, Балтийское море и его заливы подвержены периодическим приливо-отливным колебаниям уровня, которые связаны с астрономическими причинами: притяжением Луны и Солнца. Но эти колебания совсем невелики из-за почти полной замкнутости Балтики. Амплитуда приливов и их период близки к этим же параметрам сейшей, что затрудняет разделение этих колебаний. Важно, что сейши, сгоны и приливы относятся, как и наводнения, к длинным волнам.
От рассмотрения особенностей и характера наводнений и вообще колебаний уровня воды в устье Невы естественно обратиться к их причинам.
Можно ответить просто и однозначно: причиной наводнений является плохая погода. И ответ этот будет близок к истине. Но пытливый читатель тотчас же заметит: выше говорилось, что устойчивая погода – не важно, хорошая или плохая – держится у нас примерно неделю. То есть смены погоды происходят раз пятьдесят в году. А наводнения – в среднем – по одному в год.
Следовательно, плохая погода лишь отчасти объясняет причину наводнений. Действительно, в хорошую устойчивую погоду их не бывает. Есть, правда, в описаниях некоторых случаев утверждения, будто подъемы воды происходили при слабом ветре и довольно приятной погоде. Но при более подробном рассмотрении таких случаев всегда оказывается, что погода изменялась к худшему, если не в Петербурге, то на Финском заливе, или что за сутки– двое до подъема воды у Горного института на Балтике бушевал шторм.
Обвинив плохую погоду, необходимо уточнить, что она была вызвана циклоном – атмосферным вихрем. Чтобы случилось наводнение, циклон должен быть не простым, спокойным и малоподвижным, как его изображают на экране телевизора, а, по терминологии синоптиков, глубоким, со значительными перепадами давления воздуха в центре вихря и на его периферии. Кроме того, циклон должен быть активным, т. е. перемещаться достаточно быстро. И не как попало, а примерно по оси Балтийского моря и Финского залива.
Статистика утверждает: 48 % наводнений в Петербурге случились при движении циклонов с юго-запада, 41 % – с запада и только 6 % и 5 % соответственно, при северо-западной и южной траекториях.
Циклон на синоптической карте изображается замкнутыми линиями равного атмосферного давления – изобарами. Обычно он имеет форму эллипса, в котором большая ось длиннее малой почти вдвое, расстояние от центра до последней замкнутой изобары – порядка 1000 км. При наводнениях давление в центре бывает 730-750 мм, по краям – 770-780 мм; в высоту циклон может распространяться на 15-20 км; средняя скорость движения – 50 км в час, но может достигать 80-100 км в час.
Горизонтальное движение воздуха – против часовой стрелки, вертикальное – восходящее, от земной поверхности к верхним слоям атмосферы. Циклоны чередуются с антициклонами, в которых, грубо говоря, все наоборот и которые наводнений не вызывают. Такое чередование и создает в умеренных широтах повседневную погоду. Эти атмосферные образования так и называются – погодообразующими факторами. Они обладают характерными периодами действия, в течение которых происходят изменения погодных условий и всех метеорологических параметров, в том числе и ответственных за возникновение, развитие и прекращение наводнения.
Но кроме метеорологической есть еще одна причина петербургских наводнений. Она не столь очевидна, как циклоны и погода. Она постоянна и как бы сама собой разумеется, из-за чего о ней порой забывают. Это причина гидрографическая, связанная с глубинами Балтийского моря и его заливов и характером его берегов. Две гидрографические характеристики важны для наводнений: небольшая глубина и очень пологое побережье. Наиболее четко эти характеристики проявляются на подходах к Петербургу, в Невской губе. Здесь глубины не превышают 5 м, а широкий пляж окаймлен обширным мелководьем, что хорошо знакомо любому отдыхающему. У берегов, круто обрывающихся в море и столь же резко повышающихся в сторону суши, как, например, на черноморском побережье Кавказа, наводнений не бывает. Здесь даже самый жестокий шторм вызывает лишь грозный прибой. Только сочетание метеорологического и гидрографического факторов приводит к морским наводнениям, или – напомним другие термины – штормовым нагонам или метеорологическим приливам.
Итак, в устье Невы, где расположен Петербург, существуют необходимые и достаточные условия для морских наводнений – циклоны и мелководье. По результатам многих исследований сложилась общая схема механизма возникновения и развития наводнений.
Метеорологи различают три стадии развития циклона. Первая – молодой циклон, когда на синоптической карте обнаруживается область пониженного атмосферного давления с тенденцией дальнейшего понижения (углубления). Эта область очерчивается одной-двумя изобарами (см. с. 116, схему а). Такой циклон на юге Балтики заслуживает внимания, хотя у нас в это время может стоять прекрасная погода.
Если циклон склоняется к движению на северо-восток или восток примерно по оси Трансбалтики, если поступают сообщения о последовательном повышении уровня воды в Клайпеде, Лиепае, Вентспилсе, Ристне (1000-500 км от устья Невы), если давление в Петербурге начинает падать, температура воздуха расти, ветер постепенно переходит от восточного к южному, т. е. вращается по часовой стрелке, если увеличивается облачность, а вода в Неве начинает повышаться, – ситуация становится угрожающей.
Она переходит в опасную, когда примерно через двенадцать часов центр циклона с минимальным давлением 730-750 мм оказывается на юге Ботнического залива, когда перепады – градиенты – давления от центра к периферии достигают 20 мм, когда западные и юго-западные ветры над всей Балтикой достигают скорости 20-25 м в секунду, когда у входа в Финский залив – в Ристне и Таллинне – вода прошла через пик высотой 50– 100 см. Циклон достиг второй стадии – зрелости (см. схему б).
В Питере ветер продолжает вращение от южного к западному, усиливаясь с каждым часом, давление продолжает падать, температура воздуха растет, хлещет дождь, вода повышается со скоростью до метра в час. Прошел теплый фронт, мы находимся в теплом секторе циклона. Объявлено штормовое предупреждение, начали действовать городской штаб по чрезвычайным ситуациям и различные комиссии. Главное – избежать жертв и сократить ущерб. Еще шесть– девять часов противостояния стихии и… На картах синоптиков через Петербург прошел холодный фронт, циклон ушел на Карелию и Белое море, давление в его центре растет, он перешел в третью стадию – "заполнения" (см. схему в; здесь же показаны колебания уровня в различных пунктах (г) и отдельно в устье Невы, где показаны также изменения метеоэлементов (д)). У нас также давление пошло вверх, похолодало, небо довольно быстро очищается от облаков. Ветер, как ему и полагается в "тылу" циклона, перешел к северо-западному, оставаясь сильным штормовым, стал еще и порывистым, но уже не нагонным. Происходит спад уровня воды. Нева входит в берега, постепенно успокаиваясь. Погода вскоре может совершенно наладиться: тихо, безоблачно, хотя и прохладно, а порой и просто холодно. Циклы атмосферного вихря и петербургского наводнения завершились примерно за сутки. Циклон преодолел расстояние 1500-2000 км, т. е. двигался со средней скоростью 60-70 км в час. Впрочем, средние оценки в столь активном явлении не слишком показательны. Отклонения от изложенной схемы тоже могут быть существенными. Например, 28-29 сентября 1975 г. он двигался неравномерно, как бы рывками. Такое движение вызывает вторичные колебания уровня воды на фоне общего подъема и спада. Иногда циклон начинает заполняться над Балтикой, "зависать". Или может отклониться от опасной траектории, например "нырнуть" с севера Ботнического залива, или двигаться совсем медленно. Наводнение тогда может оказаться не слишком опасным, затяжным, или вовсе не состояться, хотя угроза будет явной. Ведь поведение циклона зависит от нескольких факторов – температуры и давления в средних и верхних слоях атмосферы, распределения этих параметров по высоте, состояния морской поверхности и взаимодействия с ней воздушных потоков. И все эти факторы сложно, нелинейно, системно взаимодействуют друг с другом.