10.13. Уровень океанов и морей

Свободная поверхность Мирового океана должна иметь форму, близкую к форме геоида — фигуры, слегка отличающейся от правильного эллипсоида вращения, который создается силами тяготения и центробежной из-за суточного вращения Земли. Отличие геоида от правильной геометрической фигуры обусловлено, прежде всего, неоднородным распределением масс в теле Земли; земная кора под океаном и материки к тому же сложены породами различной плотности и различного объема. На форму геоида влияют и различия среднего атмосферного давления. Невозмущенная поверхность океана принимается в качестве основной, «нулевой» для отсчета высот суши и глубин океана. Реальная поверхность океана, как это видно из предыдущего материала, постоянно испытывает возмущения, вызываемые волнением, приливами, течениями, различием плотностей, изменением объема и массы воды в океане. Возмущения обладают разными периодами и амплитудами, что создает огромные трудности в определении положения уровенной поверхности. За последние годы получают развитие спутниковые альтиметрические измерения, которые уже позволили обнаружить отклонения реальной поверхности океана от теоретического референц-геоида на десятки метров в обе стороны. Тем не менее, геоид остается эквипотенциальной поверхностью, на которой сохраняется одинаковое значение потенциала силы тяжести.

Все деформации уровня происходят около положения равновесия, поэтому периодические и случайные отклонения уровня могут быть исключены путем осреднения. Тогда останется только влияние постоянных факторов. Именно такой рельеф поверхности океана показывает динамическая карта (см. рис. 10.19). В Мировом океане разности отклонений уровня только из-за течений, как показывают расчеты, могут достигать 2—3 м на расстояниях в тысячи километров.

Высота фактической уровенной поверхности моря над некоторой отсчетной поверхностью называется уровнем моря и измеряется в сантиметрах. Рассматриваются несколько характеристик уровня: мгновенный, существующий в данный момент, средний, наивысший и наинизший за различные интервалы времени — суточный, декадный, месячный, годовой, многолетний и т.д. За нуль отсчета тоже принимаются разные поверхности: наинизшая малая вода в сизигию, средняя малая вода в сизигию для морей с приливами, средний многолетний уровень для морей без приливов. Отсчетные поверхности принимаются за нуль глубин — уровень, к которому приведены все глубины, показанные на карте, так как измерения глубин могли производиться при разном стоянии уровня. Для каждого уровенного поста, на котором производятся наблюдения, может существовать свой нуль поста, и положение его привязывается нивелировкой к государственной системе высот; в нашей стране это Балтийская система.

10.13.1. Кратковременные колебания уровня

Выше были рассмотрены кратковременные, продолжительностью в часах и в сутках, периодические колебания уровня: приливы, сейши. Но могут происходить и непериодические колебания, вызываемые синоптическими процессами в атмосфере, влиянием давления и ветра, поэтому иногда они называются анемобарическими колебаниями уровня. Атмосферные процессы вызывают в море прибрежную циркуляцию и приводят к повышениям (нагон) или понижениям (сгон) уровня у берега. Эти колебания называются сгонно-нагонными.

Размах колебаний уровня бывает меньше у приглубых берегов и больше у отмелых. В бухтах и заливах у мелководных берегов нагоны поднимают уровень до 3—4 м, как это наблюдается в Невской губе, в вершине Таганрогского залива; при весьма пологом побережье большие сгонно-нагонные колебания уровня сопровождаются перемещениями уреза воды на сотни метров и километры: то заливается суша, то обнажается дно моря. Катастрофические масштабы сгонно-нагонные колебания уровня принимают при прохождении тайфунов.

Сгонно-нагонные колебания уровня — явление очень сложное, для его понимания необходимо учитывать характер синоптического процесса, очертания берега и рельефа дна моря, динамику вод, включая течения, приливные и сейшевые колебания. Изучение сгонно-нагонных колебаний уровня показало, например, что в катастрофических санкт-петербургских наводнениях играют роль характер циклонов и траектория их прохождения над Балтийским морем, длинная волна сейшевого типа в открытой части моря, наконец, резонанс волн приливного периода в Невской губе.

Для каждого участка берега можно выделить сгонные, нагонные и нейтральные ветры. При этом направления эти могут быть различными для разной силы ветра, и связаны с размерами акватории, над которой дует ветер.

К сгонно-нагонным колебаниям уровня можно отнести и муссонные колебания, отличающиеся правильной сезонной периодичностью. Они заметны на всех побережьях муссонных районов Мирового океана.

Все виды сгонно-нагонных колебаний уровня связаны лишь с перемещением масс воды, и всякий нагон в одном участке моря связан со сгоном в другом, и средний уровень моря при этом не изменяется.