Санкт-Петербург – уникальный город. Он задумывался и строился как самая северная столица Европы и Мира. Создание крупного города-порта и промышленных предприятий на берегу Балтийского моря, несомненно, было крупнейшим геополитическим успехом для молодой Российской Империи в начале XVIII. Выход к берегам Балтики, создание здесь мощного военного и торгового морского флота, налаживание международных связей с европейскими странами, способствовали ускоренному развитию собственной промышленности, науки и образования. Но новая северная столица строилась в регионе с суровыми климатическими условиями, ценой огромного напряжения материальных и людских сил всего государства. И врагами строителей были не только морозы и ветры, но и не менее грозная стихия – вода. Историческая летопись Санкт-Петербурга – это летопись его наводнений. В чём же их причина?

Причин несколько. Во-первых, большое значение играет само расположение Санкт-Петербурга в естественной мелководной узости Финского залива, да ещё в устьевой зоне реки. Сам намерение строительство здесь крупного города, да ещё столицы Империи, вызывало большие сомнения у современников Петра I. Ведь даже новгородцы, владеющие этими землями около 600 лет, никогда не строили здесь больших крепостей и пристаней, опасаясь разрушительных наводнений. Но экономически и политически это было оправдано. Именно с берегов Невы выход России в Европу морским путём мог бы быть наиболее доступным и коротким, относительно других имеющихся к тому времени морских портов – Архангельска и Азова. Воля Петра была нерушима. И начинается тяжелейшее строительство на болотистых почвах дельты Невы, на островах, в холодном климате. Воздвигнуты мощнейшие на Балтике укрепления Кронштадской крепости, возводятся искусственные острова – форты, защищающие судоходные фарватеры и новую столицу от господ шведов, флот которых то и дело угрожающе показывался на горизонте, строятся первые промышленные предприятия, верфи, крупные жилые здания, прекрасные храмы и дворцы. Но не раз труд строителей оказывался напрасным – бурные воды разрушали плоды титанических усилий. И виной тому была не столько река, сток Невы зарегулирован Ладожским озером и колеблется в течение года незначительно, сколько ветер и море. В восточной части Финского залива, по направлению с запада на восток к Санкт-Петербургу, ширина залива сужается, и заметно падают его глубины. При устойчивых ветрах западных направлений, которые преобладают в этом регионе, происходит нагнетание водных масс непосредственно в Невскую губу. Уровень со стороны залива быстро повышается, что создаёт препятствие для свободного истечения невских вод, и уже теперь уровень в русле реки начинает повышаться. Устье Невы почти в 7 раз превосходит ширину основного русла реки, учитывая ширину всех рукавов Невы в дельте. Это означает, что устье Невы может принять весьма обширный объем нагонных волн из Балтийского моря при сильных западных и юго-западных ветрах, противоположных естественному течению реки. В принципе, именно это обстоятельство уменьшает количество наводнений, которых было бы несравненно больше, и случались бы они гораздо чаще, будь дельта Невы уже. Но чем сильней натиск ветров с запада, тем скорей останавливается течение в реке и в её рукавах дельты, Нева выступает из берегов и затапливает все побережье. В экстремальных случаях, вполне возможен и кратковременный поворот воды вспять, к Ладожскому озеру.

Одной из главных особенностей реки Невы является то, что она на всем своем 70 км протяжении из Ладожского озера до Финского залива, почти через каждые полкилометра меняется в ширине. И максимум таких колебаний в ширине русла доходит до 426 м в некоторых местах. Самое узкое место русла Невы – у Исаакиевского собора: 363 м; самое широкое – у Смольного собора 853 м. Около Петропавловской крепости ширина Невы составляет около 640 м. Глубина Невы также не равномерна: около Александро-Невской Лавры глубина реки около 11 м; выше р. Охты по течению реки глубина составляет уже более 15 м; у Смольного – 18 метров; у Таврического сада, а это недалеко от Смольного, глубина уже около 17.5 м; у Летнего сада глубина реки 14.7 м

Скорость течения Невы также не во всех местах одинакова. Она увеличивается по мере впадения других речек и притоков в основное русло Невы, с одной стороны, и, с другой стороны, уменьшается по мере разделения основного русла на рукава и каналы. Поэтому высота подъема воды при наводнении не всюду одинакова.

Во-вторых, сам Финский залив имеет вытянутую по направлению с запада на восток форму, с плавным падением глубин в сторону Санкт-Петербурга, что благоприятствует нагнетанию в него водных масс из близлежащих районов моря. Циклоны, а порой и их серии, зарождающиеся над Северной Атлантикой, далее следуют в сторону Европы. Их траектории различны – в годы усиления атмосферной циркуляции, циклоны несколько отклоняются к северу, в годы ослабления – к югу. Далеко не каждый циклон способен привести к наводнению. Однако если его траектория оказывается строго по линии расположения Финского залива, а сам циклон мощный – то это создаёт предпосылки для притока воды в Финский залив, различной амплитуды, а в дальнейшем водные массы, движимые сильным устойчивым ветровым воздействием с большой скоростью направляются к Невской губе. Свой вклад в наводнение вносят сейшевые колебания уровня балтийских вод, возникающие за счёт разности давления воздуха на уровне моря при прохождении циклона. Их амплитуда не превышает нескольких десятков см, но они во многом формируют длинные волны и способствуют их вхождению в Финский залив, усиливая влияние собственно ветрового волнового нагона.

В-третьих, свой вклад в возникновение наводнений вносят крупномасштабные гелиогеофизические процессы. Интенсивность и направление движения циклонов над Европой зависит от изменчивости параметров атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой. В свою очередь, интенсивность атмосферной циркуляции, определятся градиентами атмосферного давления между центрами действия атмосферы, которыми в данном регионе являются Исландский минимум и Азорский максимум давления. Давление воздуха, на уровне моря и в выше лежащих слоях атмосферы зависит во многом от температуры океана и динамических процессов в атмосфере Земли, приливообразующих сил. Термический режим и динамика давления воздуха в регионе Северной Атлантики и Европы подвержены выраженной сезонной изменчивости. На эти изменения накладываются межгодовые и многолетние циклические колебания таких процессов как солнечная активность с периодом около 11 и 22 лет, 19-ти летний цикл колебаний уровня моря под влиянием силы притяжения Луны и Солнца, динамика скорости вращения Земли и др. Некоторые из этих процессов достаточно хорошо изучены, по ним есть многолетние данные (как, например, по солнечной активности), другие же изучены в меньшей степени. Но нет сомнений, что глобальные гелиогеофизические процессы способны оказывать, и оказывают весьма значительное влияние на состояние и изменчивость процессов в атмосфере и Мировом океане Земли, и на климат отдельных регионов, в том числе региона Балтики.

Рассмотрим несколько подробнее климатообразующие процессы над Северной Атлантикой, которые во многом способны определять также и величину наводнений в Санкт-Петербурге.

Погода и климат Северной Атлантики и прилегающих к ней районов Северной Америки и Евразии в значительной мере зависят от атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой, которая представлена системами низкого и высокого давления (рисунок 1)

Центральная часть циклонической системы низкого давления расположена к юго-западу от о. Исландия, и по этой причине она получила название исландской депрессии, или исландского минимума давления (ИМД). Южнее, в районе Азорских островов, находится центр антициклонической системы высокого давления, получивший название Азорского максимума давления (АзМД). Указанные системы называют центрами действия атмосферы. Благодаря ним в умеренных широтах над Северной Атлантикой постоянно осуществляется перенос воздушных масс с запада на восток. Интенсивность переноса подвержена значительным колебаниям во времени вследствие того, что параметры центров действия, т.е. их положение в пространстве и выраженность, варьируют. За меру интенсивности западного переноса, принимают разность атмосферного давления на станциях, расположенных около климатических центров действия. Эту разность давления, определяемую, как правило, в среднем за зимние месяцы, называют Северо-Атлантическим колебанием (North Atlantic Oscillation – NAO). Индекс атмосферной циркуляции NAO, широко используется в мировой практике изучения колебаний климата и их причин. Во «Всемирной программе исследований климата» существует подпрограмма «Изучение изменчивости и предсказуемости климата» (CLIVAR). Среди пяти главных направлений программы CLIVAR, одним из ведущих является изучение Северо-Атлантического колебания, которое способно во многом определять особенности динамики температуры воздуха и других климатических характеристик на весьма обширной территории между Северо-Востоком Евразии и Восточной Канадой, а также между Южными и Юго-восточными областями Европы, вплоть до бассейна Азовского моря, и восточным побережьем США. Среди других подходов к оценке атмосферной циркуляции индекс NAO имеет некоторые преимущества, что и является причиной его широкого признания и использования в международных исследованиях. Расчёт индекса NAO происходит по разности конкретных значений давления воздуха на постах наблюдений, что позволяет оценить интенсивность атмосферной циркуляции, темп её изменчивости во времени, Кроме того, индекс NAO рассчитывается по разности давлений воздуха на уровне моря, что позволяет иметь более точное представление о специфике происходящих метеорологических процессов в непосредственной близости от расположения морских и наземных экосистем.

Существуют различные варианты индекса NAO. Наиболее часто используется разность давления между Азорскими островами (Понта-Делгада) и Исландией и Исландией (Акюрейри), осреднённая за три зимних месяца (декабрь-февраль) – индекс NAO1. Представляют его непосредственно в единицах давления (гПа), или в виде отклонения от среднего в долях дисперсии. Несколько реже используют разности давления между пунктами Лиссабон (Португалия) и Стиккисхоульмюр (Исландия) осреднённые за четыре зимних месяца (декабрь – март) – NAO2. Кроме того, для характеристики Северо – Атлантического колебания применяют непосредственную разность давлений между центрами действия атмосферы – NAO3, а также разности давления на меридиане, между точками с координатами 45º с.ш., 30º з.д. и 60º .с.ш. 30º з.д., осреднённые за три зимних месяца (декабрь – февраль) – NAO4. Самым предпочтительным индексом NAO является индекс, который представляет собой первую главную компоненту разложения на естественные ортогональные функции всех четырёх указанных выше индексов. Он наилучшим образом отражает колебания поля давления над Северной Атлантикой, динамику параметров центров действия атмосферы и переносы воздушных масс. Этот индекс обозначается авторами как NAOоб. Вклады индексов в первую главную компоненту близки межу собой, но наибольший вклад имеет индекс NAO4. При сопоставлении значений индексов NAO между собой за период более 100 лет, обнаруживается, что основные черты межгодовой изменчивости у них едины. Величины коэффици39.3ентов корреляции изменений NAOоб и каждого индекса в отдельности показывают, что NAOоб способен весьма полно и объективно отражать их динамику. Наиболее высокий коэффициент корреляции (r) наблюдается между значениями NAOоб и NAO4 (r = 0.95 при уровне обеспеченности Р = 99 %).

На рисунке 2 представлена многолетняя изменчивость индексов циркуляции атмосферы NAO1 и NAO3. Из данного рисунка следует, что самой главной особенностью изменчивости интенсивности атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой за рассматриваемый период является её исключительное ослабление в 1960-е гг., что находит своё подтверждение в характере колебаний значений всех индексов. В это время резко снизился западный зональный перенос в умеренных широтах, был сильно ослаблен перенос тёплых воздушных масс к северу над северо-востоком Северной Атлантики и холодных воздушных масс в южном направлении над северо-западом. В дальнейшем, во второй половине 1980-х годов, наблюдалось резкое возрастание интенсивности зональной циркуляции, которое никогда ранее за последние два столетия не проявлялось в столь значительных масштабах. Именно за последние 50 лет в циркуляции атмосферы над регионом Северной Атлантики, произошли изменения, которые по своей величине превзошли все те, что имели место в предшествующие 100 – 140 лет. Только 20-е годы XX в., известные как период потепления Арктики, по интенсивности атмосферной циркуляции приближались к уровню, наблюдавшемуся в конце 1980-х гг.

В таблице 1 представлены значения индексов NAO3 и NAOоб. со второй половины 1990-х по начало 2000-х гг. Видно, что за рассматриваемый период значения индекса NAOоб. были меньше тех, которые наблюдались в 1989 и 1990 гг. (3.9 и 3.1 гПа соответственно, при среднем значении за период с 1895 по 2005 г. равном -0.022 гПа). Значения индекса NAO3 также уступают тому показателю, который был достигнут в 1990 г. (41.8 гПа, при среднем значении за период с 1895 по 2003 равном 30.46 гПа). Кроме того, в 1996 и в 2005 гг., наблюдалось весьма значительное снижение интенсивности атмосферной циркуляции над Северной Атлантикой. Существенное выше средней многолетней нормы, значения индексов атмосферной циркуляции были в 1995, в 1999 – 2000 гг., а также в 2003 г.

Дроздов Владимир Владимирович, кандидат географических наук, доцент кафедры Экологии Российского государственного гидрометеорологического университета.
vladidrozdov@yandex.ru