Нагоны воды под действием штормового ветра не раз были причиной затопления берегов Нидерландов, ФРГ,

Великобритании, Японии, США, СССР и других стран. Только в США убытки от наводнений, происшедших с 1946 по 1960 годы, оцениваются в 4,2 миллиарда долларов.

Колебания уровня моря в мелководных портах нарушают их работу, а суда, стоящие у причалов, получают повреждения.

Так, 19 июня 1971 года в итальянском порту Чивитавеккья в результате резкого падения уровня на 50 сантиметров на некоторых судах были порваны швартовы, а несколько судов оказались на мели.

Наиболее велики ветровые колебания уровня воды в мелководных морях, где они представляют особую опасность.

Например, в Азовском море в октябре 1969 года под действием ураганного ветра у юга-восточного берега уровень воды поднялся на 3 метра выше среднего, в то же время у северо-западного берега он упал на 2 метра.

Осенью 1952 года ветер от востока-юго-востока был причиной подъема уровня воды почти на 2,5 метра во всей западной части Северного Каспия.

В сентябре 1958 года под действием западного ветра силой до 35 метров в секунду в районе мыса Святой Нос в море Лптевых уровень воды поднялся на 5,2 метра.

Можно привести изрядное количество таких примеров. Поэтому рассмотрим сгонно-нагонные колебания уровня воды подробно.

В результате действия ветра на водную поверхность возникают ветровые, то есть вызванные ветром, течения, направление которых под действием силы вращения Земли (силы Кориолиса) отклоняется от направления ветра. Это явление было впервые обнаружено знаменитым норвежским исследователем Ф. Нансеном в конце прошлого века. Попытки дать ему теоретическое обоснование ни к чему не привели до тех пор, пока в 1905 году Ф. Нансен не попросил своего друга профессора математики Стокгольмского университета В. Экмана заняться этим вопросом. В. Экман математически блестяще решил задачу.

Основные выводы теории Экмана сводятся к следующему:

а) скорость v-t ветрового течения (в метрах в секунду) на поверхности моря пропорциональна скорости vвет (в
метрах в секунду) ветра vr= (0,0127: Vsin ф) vвет, где ф — широта места в градусах (V - кв.корень);

б) направление ветрового течения на поверхности отклоняется от направления ветра на 45° вправо в северном
полушарии и на столько же влево — в южном;

в) с увеличением глубины скорость течения уменьшается, а его направление в северном полушарии все
больше отклоняется вправо от направления ветра и течения на поверхности;

г) на некоторой глубине D (В. Экман назвал ее глубиной трения) направление течения противоположно на
правлению поверхностного течения;

д) суммарный полный поток воды, создаваемый ветром, следует в направлении, перпендикулярном действию
ветра.

В. Экман вывел свою теорию для глубокого моря. В мелководных же морях угол отклонения направления течения от направления ветра зависит от соотношения глубины моря и глубины трения и потому может быть различным; в совсем мелководных районах направление поверхностного течения совпадает с направлением ветра. Отсюда ясно, что наибольший нагон в глубоком море в северном полушарии бывает при направлении ветра, параллельном береговой черте (берег находится справа, если смотреть по направлению ветра), а в мелководном море — при ветре, дующем с моря на берег.

Следовательно, картина развития процесса нагона такова. Трение между воздухом и водой при ветре создает поток воды, движущийся в направлении действия ветра в мелководных районах моря или под углом до 90° относительно направления ветра — в глубоководных. Принесенная ветром вода скапливается у берега. Повышение ее уровня у берега создает перепад давления в водной толще, который в свою очередь вызывает отток воды. Повышение уровня моря происходит до тех пор, пока сила, вызванная разностью уровней у берега и в море, не компенсирует силу ветрового потока. Наступает явление установившегося нагона, которое существует до тех пор, пока не изменится сила, вызвавшая нагон.

Но ветер вызывает не только перемещение вод: его первое и наиболее эффектное следствие — ветровое волнение. Выяснилось, что в результате волнения возникает также движение поверхностных вод по направлению ветра — так называемый волновой поток, или стоксово течение (названное по имени Джеймса Стокса, известного английского физика и математика). Этот волновой поток накладывается на дрейфовое течение (а на мелководье их направления совпадают!) в такой мере, что в отдельных случаях прирост уровня воды вследствие стоксова потока составляет до 50% его общего превышения (особенно в глубоководных районах).

Изменение атмосферного давления. По известному закону «обратного барометра» повышение атмосферного давления над морем на 1 миллибар приводит к понижению уровня воды на 10 миллиметров и, наоборот, при понижении давления на 1 миллибар уровень моря повышается на 10 миллиметров. Примечательно, что этот закон действует по всей акватории морей независимо от глубины, рельефа дна и т. п.

Естественно, эта составляющая колебаний уровня моря полностью находится во власти барических образований — циклонов и антициклонов, и может достигать больших значений.

Так, в юго-восточной части Баренцева моря вследствие изменения атмосферного давления возникают нагонные явления, вызывающие повышение уровня воды на 0,6 метра.

Однако было бы неверным определять изменения колебания уровня воды в каком-либо порту как производные от атмосферного давления в этом пункте: уровень воды здесь зависит от распределения давления в целой области (или на всем море, или на значительной его части).

Но и прямое действие закона «обратного барометра» справедливо лишь тогда, когда мы имеем дело с неподвижным или медленно перемещающимся циклоном. При движении барических систем со значительной скоростью, как это часто бывает в реальных условиях, изменения уровня воды у берегов перестают соответствовать их статическому значению и большую роль начинают играть явления резонанса, то есть совпадения скорости перемещения циклона со скоростями движения воды в море.

Действие длинных волн. Как правило, эта составляющая является производной от барического эффекта. Наилучшей его иллюстрацией служат ленинградские наводнения.

Представим, что глубокий циклон перемещается через Северное и Балтийское моря. В центре циклона, где давление понижено, водные массы как бы подтягиваются внутрь. Передвигаясь над Балтикой, циклон выходит на сушу. При этом собранная им вода растекается, обрушивается в море, образуя, подобно камню, брошенному в пруд, длинную волну.

В зависимости от глубины циклона, места и скорости его выхода с акватории образованная волна либо перемещается вдоль моря, либо дает толчок формированию стоячей волны (сейши). Эта волна, проникая в узкий и длинный Финский залив, под влиянием формы залива, ветра над ним, мелководья изменяется и при благоприятных условиях может поднять уровень воды в вершине залива на 5 метров.

4. Неравномерность в процессе влагооборота. Колебания уровня моря, вызываемые испарениями, осадками, речным стоком, образованием и таянием льда, многие исследователи относят к незначительным. Но это далеко не так. Например, в Красном море слой воды, испаряющейся за год, достигает 2,5 метра. Есть и противоположный пример: на восточном берегу полуострова Индостан в среднем за год выпадает примерно 13000 миллиметров осадков. Отдельные ливни вызывают кратковременные резкие подъемы уровня воды в том или ином порту. Дождь в Генуе 21 октября 1882 года дал за сутки 810 миллиметров, осадков, а ливень, прошедший в индийском городе Черапунджи 14 июня 1876 года, — соответственно более 1000 миллиметров осадков.

Большие подъемы уровня воды происходят также вблизи устьев рек во время половодий.

Колебания уровня воды, вызываемые неравномерностью в процессе влагооборота, носят непродолжительный характер: время их существования не превышает нескольких суток, в отдельных случаях, например в половодье, — нескольких недель. Однако некоторые виды непериодических колебаний уровня воды весьма долго-временны.