Ранним утром 21 июня 1978 г. население Вела-Луки было внезапно разбужено звуками потоков воды, заливающей их дома. Люди выбежали на улицу и увидели апокалипсическую картину их города, погружающегося под воду, которая стремительно прибывала, пока не достигла уровня 1.5 – 2 м выше городской набережной и портовых причалов. Десятью минутами позже вода так же стремительно начала отступать. Но вместо того чтобы остановиться на своем обычном уровне, она продолжала уходить из бухты. На территории порта полностью обнажилось дно. А потом вся картина полностью повторилась: опять потоки ревущей воды в виде бора, а затем столь же быстрое ее отступление. Заливание и осушение порта Вела-Луки непрерывно продолжалось в течение нескольких часов (рис. 2). Типичный период колебаний составил около 20 мин, максимальный размах достиг 6 м. До сих пор на стенах домов в поселке видны оставленные отметины [1,2][1]Vučetić T., Vilibić I., Tinti S., Maramai A. The Great Adriatic flood of 21 June 1978 revisited: An overview of the reports // Phys. Chem. Earth. 2009. V.34. P.894–903.[2]Orlić M., Belušić D., Janeković I., Pasarić M. Fresh evidence relating the great Adriatic surge of 21 June 1978 to mesoscale atmospheric forcing // J. Geophys. Res. 2010. V.115. C06011.Doi:10.1029/2009JC005777 К счастью, обошлось без человеческих жертв, но убыток был очень велик — свыше 7 млн долл. (по ценам 1978 г.), что составило около четверти всего годового дохода о. Корчула.

Сильные течения и значительные колебания уровня моря 21 июня 1978 г. наблюдались еще в целом ряде пунктов Адриатического побережья Хорватии, в частности, на о. Вис, в городах Ластово и Сплите. Интенсивные (до 4 м) колебания, сопровождавшиеся потоками втекающей и вытекающей воды, отмечались в Дубровнике. Однако в целом ни в одном другом месте не наблюдались столь сильные разрушения, как в Вела-Луке.

Произошедшее событие вызвало панику у местного населения и недоумение у ученых. Катастрофическое наводнение в Вела-Луке было совершенно непохоже на известные случаи штормовых нагонов или потопов, вызванных проливными дождями или весенними паводками. Главное отличие заключалось во временном масштабе явлений. Наводнения, связанные с паводками, длятся около недели (а иногда и дольше), штормовые нагоны — от нескольких часов до нескольких дней. В данном же случае наводнение (фаза «прилива», т.е. подъема воды) наблюдалось всего лишь 10 мин, столько же длилась и фаза «отлива». В других пунктах побережья типичный период колебаний составлял примерно столько же — от 5 до 30 мин.

По масштабам, характеру проявления и катастрофическим эффектам наводнение в Вела-Луке было аналогично волнам цунами, которые регулярно происходят в сейсмоактивных зонах Мирового океана и вызывают колоссальные разрушения [3][3]Titov V.V., Rabinovich A.B., Mofjeld H. et al. The global reach of the 26 December 2004 Sumatra tsunami // Science. 2005. V.309. P.2045–2048. Неудивительно, что и жители пострадавших населенных пунктов, и ученые, исследовавшие это явление, широко использовали термин «цунами» при описании данного события [2][2]Orlić M., Belušić D., Janeković I., Pasarić M. Fresh evidence relating the great Adriatic surge of 21 June 1978 to mesoscale atmospheric forcing // J. Geophys. Res. 2010. V.115. C06011.Doi:10.1029/2009JC005777 тем более что накануне (20 июня 1978 г.) в Эгейском море произошло сравнительно сильное землетрясение. Однако тщательный анализ показал, что, во-первых, магнитуда данного землетрясения (M_w = 6.4) недостаточна для генерации столь сильного цунами. Во-вторых, нигде в районе очага (т.е. непосредственно в Эгейском море) цунами не отмечалось. И в-третьих, теоретическое время прихода волны не соответствовало фактическому времени начала наводнения в Вела-Луке и в других пунктах побережья Адриатики. Альтернативная гипотеза заключалась в том, что данное цунами вызвал оползень в центральной части Адриатического моря, но никаких его следов найти не удалось. Характер же пространственного распределения высот наблюдавшихся волн (в частности, в местах, удаленных от предполагаемого очага оползня, колебания были существенно сильнее, чем в пунктах, находящихся поблизости) противоречил известным представлениям об оползневых цунами.

Строго периодический характер вариаций уровня моря на различных участках побережья Хорватии свидетельствовал о том, что в результате некоего неизвестного внешнего воздействия в бухтах и портах возбудились собственные колебания соответствующих акваторий (сейши), которые по своей физической природе аналогичны колебаниям гитарной струны. Их доминантный период отвечал главному «тону», т. е. фундаментальному периоду конкретного бассейна. Изучение архивных материалов и опросы местных жителей показали, что значительные сейшевые колебания (хотя и не носившие катастрофического характера) наблюдались в порту Вела-Луки и ранее. Они даже имеют местное название — щига (šćiga). Более того, выяснилось, что подобные колебания регулярно наблюдаются и во многих других пунктах побережья центральной Адриатики, например, в порту Стари-Град и в бухте Врбоска на соседнем острове Хвар (рис. 1). В городке Врбоска щига даже стали частью местной легенды.

В старые времена жители Врбоски, проживающие в двух частях города, Подва и Пьяца, сильно враждовали друг с другом. А 11 марта 1614 г., в Добрую пятницу, на большом кресте в фамильном доме Ординановичей в Подве показалась кровь. Тогда члены семьи, их многочисленные соседи и местный священник решили, что крест надо немедленно перенести в церковь, расположенную на другой стороне длинной и узкой бухты. Однако в бухте разыгралась сильная щига, которая затопила мост через бухту, и жители Подвы были вынуждены идти по берегу через территорию враждебной Пьяцы. Эта процессия с кровоточащим крестом объединила две части города. Люди восприняли все происшедшее как небесный знак, призывающий их к миру и добрососедству.

До сих пор для жителей Врбоски (и всего о. Корчула) Добрая пятница — главный религиозный праздник, который они широко отмечают, проводя шествие «За крестом».

Собственные колебания любой физической системы (например, собственные колебания жидкости в замкнутом или частично замкнутом водоеме) могут возбуждаться самыми различными типами внешнего воздействия. Неясным оставался вопрос: «Какой именно тип внешнего воздействия сгенерировал 21 июня 1978 г. разрушительные колебания в порту Вела-Лука и других пунктах центральной Адриатики»?

М. Ходжич, видимо, первым высказал предположение о метеорологической природе произошедшего наводнения [4][4]Hodžić M. Occurrences of exceptional sea level oscillations in the Vela Luka Bay // Priroda. 1979. V.68. №2–3. P.52–53. По его мнению, бедствие вызвали свободные длинные морские волны, сформировавшиеся под действием циклона в центральной Адриатике. Однако этот циклон был довольно слабым и мало отличался от других, регулярно распространяющихся над акваторией Адриатического моря. По крайней мере, его трудно рассматривать как некое экстремальное явление, вызвавшее столь сильную реакцию. Но в этом и заключалась парадоксальность и загадочность данного события. Никаких экстраординарных явлений ни в земной коре, ни в атмосфере в то время не происходило, а самое сильное в ХХ в. на территории Хорватии наводнение произошло!

Важную роль в понимании возможной природы события 21 июня 1978 г. сыграла работа М. Орлича, который, также полагая, что наводнение 1978 г. было вызвано атмосферными процессами, в качестве его причины назвал цуг атмосферных гравитационных волн, который распространялся над Адриатическим морем [5][5]Orlić M. About a possible occurrence of the Proudman resonance in the Adriatic // Thalassia Jugoslavica. V.16. №1. P.79–88. Но, главное, Орлич указал на вероятный резонансный механизм, вызвавший экстремальное наводнение в Вела-Луке и сильные колебания в других пунктах близлежащего побережья. Позже это предположение полностью подтвердилось.

В последующие годы у хорватского побережья Адриатического моря произошел еще целый ряд сильных морских наводнений, которые по своему характеру очень напоминали событие 1978 г. Так, в 1984 и 2007 гг. подобные наводнения наблюдались в заливе Широка на о. Ист, а 27 июня 2003 г. от сильного наводнения серьезно пострадали города Стари-Град и Мали-Стон (рис. 1) [6,7][6]Vilibić I., Domijan N., Orlić M. et al. Resonant coupling of a traveling air-pressure disturbance with the east Adriatic coastal waters // J. Geophys. Res. 2004. V.109. C10001.Doi:10.1029/2004JC002279[7]Vilibić I., Šepić J. Destructive meteotsunamis along the eastern Adriatic coast: overview // Phys. Chem. Earth. 2008. V.34. №17–18. P.904–917. Уникальное событие случилось 23 – 27 июня 2014 г.: цепочка разрушительных наводнений прокатилась от берегов Испании до Черного моря [8][8]Šepić J., Vilibić I., Rabinovich A., Monserrat S. Widespread tsunami-like waves of 23–27 June in the Mediterranean and Black seas generated by high-altitude atmospheric forcing // Sci. Rep. 2015. V.5. №11682. P.1–5.Doi:10.1038/srep11682 при этом на побережье Хорватии самые сильные (до 2.5 м) колебания наблюдались опять именно в Вела-Луке.

В 1978 г., когда произошло катастрофическое наводнение в Вела-Луке, инструментальные наблюдения за колебаниями уровня моря и вариациями атмосферного давления были крайне немногочисленны, а имевшиеся представляли собой низкокачественные аналоговые записи с плохим разрешением по высоте и времени. Такое положение сильно ограничивало возможности исследователей. Для получения дополнительной информации использовались рассказы очевидцев, фотографии, отметки на берегу и данные любительских киносъемок. Полученные результаты и выводы носили большей частью не количественный, а качественный характер и подвергались вполне обоснованным сомнениям. Доказательная база того или иного предположения оставляла желать лучшего. За последние 10 – 15 лет ситуация кардинально изменилась. Во многих районах Средиземноморья (в том числе у побережья Хорватии) сейчас работают высокоточные цифровые измерители уровня моря и прецизионные микробарографы с дискретностью измерений 30 с – 1 мин. В результате удалось получить длинные серии синхронных наблюдений уровня моря и атмосферного давления и записать несколько экстремальных событий. Эти записи неопровержимо свидетельствуют о тесной связи в этом районе морских наводнений и высокочастотных флуктуаций атмосферного давления. Более того, численные модели, в которых в качестве входной функции используются подобные флуктуации, дают хорошее соответствие рассчитанных колебаний уровня моря и реально наблюденных. Так, Орлич 30 лет спустя вернулся к исследованию наводнения 1978 г. и смог воспроизвести и объяснить это событие, используя результаты численного моделирования [2][2]Orlić M., Belušić D., Janeković I., Pasarić M. Fresh evidence relating the great Adriatic surge of 21 June 1978 to mesoscale atmospheric forcing // J. Geophys. Res. 2010. V.115. C06011.Doi:10.1029/2009JC005777

Наводнение 1978 г. в Вела-Луке рассматривается как одно из наиболее ярких примеров явления, получившего название «метеорологическое цунами» (или просто «метеоцунами»). Событие в Вела-Луке экстраординарное, но оно не уникально. Существует еще целый ряд районов Мирового океана, где метеоцунами наблюдаются регулярно и порой принимают катастрофический характер.

Метеорологические цунами — это длинные океанские волны, которые имеют те же пространственные и временные масштабы, что и обычные волны цунами, и могут оказывать на побережье аналогичное разрушительное воздействие. Но вызываются они не землетрясениями, извержениями вулканов или подводными оползнями, а атмосферными процессами: тайфунами, ураганами, линиями шквалов, прохождением фронтальных зон, атмосферными внутренними волнами или просто скачками атмосферного давления [9][9]Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. СПб., 1993.

Упоминания о волнах цунами, вызываемых атмосферным давлением и ветром, можно найти в японских работах 30-х годов прошлого века, но первым, кто предложил термин «метеоцунами», был, видимо, выдающийся австрийский океанограф А. Дефант [10][10]Defant A. Physical oceanography. New York, 1961. В широкий научный обиход этот термин вошел после наших работ [11–13][11]Rabinovich A.B., Monserrat S. Meteorological tsunamis near the Balearic and Kuril islands: Descriptive and statistical analysis // Natural Hazards. 1996. V.13. №1. P.55–90.[12]Rabinovich A.B., Monserrat S. Generation of meteorological tsunamis (large amplitude seiches) near the Balearic and Kuril islands // Natural Hazards. 1998. V.18. №1. P.27–55.[13]Monserrat S., Vilibić I., Rabinovich A.B. Meteotsunamis: atmospherically induced destructive ocean waves in the tsunami frequency band // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2006. V.6. P.1035–1051.

Для генерации сильного метеоцунами требуются особые условия, сочетание некоторых внешних и внутренних факторов. С одной стороны, должны присутствовать интенсивные мелкомасштабные атмосферные возмущения, распространяющиеся в определенном направлении и с определенной скоростью. В районе Средиземноморья такие условия существуют только летом, поэтому все известные метеоцунами здесь происходили в период между концом мая и серединой сентября. С другой стороны, требуется наличие специфической топографии, которая способствует усилению приходящих волн и формированию сильных собственных колебаний внутри определенной акватории. Именно по этой причине метеоцунами регулярно наблюдаются в одних и тех же портах и бухтах: это Вела-Лука и Стари-Град в Хорватии, Сьютаделья на о. Менорка (Балеарские о-ва), Мазаро-дель-Вальо на западном побережье о. Сицилия (рис. 3). Из других районов Мирового океана следует прежде всего упомянуть бухту Нагасаки на о. Кюсю в Японии и порт Лонгкоу в Желтом море в Китае. При метеоцунами значительные колебания одновременно могут происходить и в соседних портах и бухтах, но обычно с меньшими высотами. В тех районах, где метеоцунами наблюдаются достаточно часто, для них существуют местные названия. На Балеарских островах — риссага, на побережье Сицилии — марруббио (марроббио), в Японии — абики [14][14]Rabinovich A.B. Seiches and harbour oscillations // Handbook of coastal and ocean engineering / Ed. Y.C.Kim. Singapore, 2009. P.193–236.

Один из районов, где регулярно отмечаются сильные длинноволновые колебания атмосферного происхождения, — Восточное (Атлантическое) побережье Северной Америки. Экстремальное, во многом уникальное событие наблюдалось здесь в конце 2004 г. [15][15]Thomson R.E., Rabinovich A.B., Krassovski M.V. Double jeopardy: Concurrent arrival of the 2004 Sumatra tsunami and storm-generated waves on the Atlantic coast of the United States and Canada // Geophys. Res. Lett. 2007. V.34. L15607.Doi:10.1029/2007GL030685 26 декабря в 00:59 UTC в Индийском океане, у берегов о. Суматра, произошло сильнейшее землетрясение с магнитудой M_w = 9.3. Оно породило катастрофическое цунами, которое стало одним из самых страшных природных бедствий в истории человечества — тогда погибло около 230 тыс. человек [3][3]Titov V.V., Rabinovich A.B., Mofjeld H. et al. The global reach of the 26 December 2004 Sumatra tsunami // Science. 2005. V.309. P.2045–2048. Волны цунами пересекли Индийский океан, обогнули Южную Африку и распространились в Атлантическом океане. Примерно через 32 ч после землетрясения они достигли побережья Северной Америки. Одновременно вдоль того же побережья двигался ураган, возбуждая на своем пути сильные сейшевые колебания типа метеоцунами (рис. 4). Таким образом, совпали два природных разрушительных явления. Различить и разделить их достаточно сложно, но помогло то, что волны цунами достигли всего побережья практически одновременно, а метеоцунами возбуждалось последовательно с юга на север. На границе США и Канады (станции Галифакс — точка 1 и Катлер — точка 3) два типа колебаний наложились друг на друга, и произошло значительное усиление результирующего сигнала.

Эффективным средством для исследования нестационарных волновых процессов служит вейвлет-анализ. Частотно-временны́е (f — t) диаграммы позволяют проследить эволюцию во времени метеоцунами и цунами и оценить изменения их частотных и энергетических свойств (рис. 5). На рисунке хорошо видно, что волны цунами с ярко выраженными доминантными периодами 40 – 60 мин дошли до всех станций 27 декабря около 9:00 UTC. Волны метеоцунами в этом отношении существенно отличались. Они включали гораздо более широкий спектр периодов (от 15 мин до 2 ч) и заметно различались по времени начала.

Рассмотрим еще одно характерное метеоцунами на этом побережье, которое было вызвано прохождением деречо — катастрофического метеорологического явления, которое регулярно в летнее время наблюдается в центральной и восточной частях США. Деречо — система исключительно интенсивных долгоживущих конвективных грозовых фронтов, распространяющихся с большой скоростью и сопровождающихся ураганными ветрами. Деречо 29 июня 2012 г. зародилось в долине р. Огайо в центральной части США и распространялось на запад со скоростью около 100 км/ч, сея разрушения на своем пути: 22 человека были убиты, свыше 5 млн остались без электричества. Задев левым крылом район Великих озер и пройдя около 1000 км, 30 июня деречо достигло Атлантического побережья США (рис. 6). На Великих озерах и океанском побережье оно вызвало сильные сейшевые колебания [16][16]Šepić J., Rabinovich A.B. Meteotsunami in the Great Lakes and on the Atlantic coast of the United States generated by the «derecho» of June 29–30, 2012 // Natural Hazards. 2014. V.74. P.75–107.Doi:10.1007/s11069-014-1310-5

Посмотрим на результаты вейвлет-анализа синхронных рядов наблюдений за колебаниями уровня моря и флуктуациями атмосферного давления для трех пунктов (рис. 7), положение которых указано на рис. 6: Чикаго (южное побережье оз. Мичиган), Балтимора (вершина очень длинного — больше 320 км — залива Чесапик, вдающегося далеко вглубь материка) и Атлантик-Сити (Атлантическое побережье). На диаграммах очень хорошо видна высокая корреляция колебаний уровня моря и атмосферного давления. В то же время просматривается явное влияние топографии, поддерживающей на некоторых станциях длительный «звон» сгенерированных колебаний уровня моря. Это особенно очевидно для замкнутой акватории, подобной оз. Мичиган, где возбужденные волны не убегают, а только затухают под действием трения. Отдельные энергетические полосы, хорошо выделяющиеся на f — t диаграммах, соответствуют прохождению отдельных фронтальных зон, которые сопровождаются возмущениями атмосферного давления и активным возбуждением колебаний уровня моря.

Характер пространственного распределения интенсивности атмосферных возмущений и вызванных ими сейшевых колебаний для Атлантического побережья США показан на рис. 8. Для оценки степени опасности метеоцунами в отдельных районах побережья и выделения «горячих точек» (т.е. районов максимального риска) был введен коэффициент эффективности генерации (R_j), который представляет собой отношение максимальных амплитуд возбужденных колебаний уровня моря и вызвавших их атмосферных возмущений [16][16]Šepić J., Rabinovich A.B. Meteotsunami in the Great Lakes and on the Atlantic coast of the United States generated by the «derecho» of June 29–30, 2012 // Natural Hazards. 2014. V.74. P.75–107.Doi:10.1007/s11069-014-1310-5 Карты построены для события 2012 г., но они позволяют предварительно сделать некоторые более общие выводы. Так, максимальные значения коэффициента R_j = 25 – 35 наблюдаются на северо-восточном побережье штата Нью-Джерси, где действительно неоднократно отмечались сильные сейшевые колебания, вызванные атмосферными процессами.

Спустя примерно год, 13 июня 2013 г., на Восточное побережье США обрушилось новое катастрофическое деречо, которое также сопровождалось метеоцунами. Возбужденные длинные волны были настолько сильны, что по американским новостным каналам прошло сообщение об атаке волн цунами, которой подверглось северо-восточное побережье штата Нью-Джерси и о. Лонг-Айленд (штат Нью-Йорк). Позже П. Витмор, директор Аляскинского центра предупреждения цунами, уточнил, что это были «цунамиподобные волны метеорологического происхождения», т.е. метеоцунами.

Метеоцунами, описанные в предыдущем разделе, были вызваны экстремальными метеорологическими событиями: ураганом и деречо. Однако абсолютное большинство сильнейших метеоцунами (включая наводнение в Вела-Луке) наблюдались в хорошую ясную погоду при отсутствии каких-либо видимых атмосферных катаклизмов. Последующие исследования показали, что во всех подобных случаях метеоцунами связаны с прохождением скачков атмосферного давления или пакетов атмосферных волн. Перепад давления в таких возмущениях обычно составляет 1 – 3 гПа (мбар), очень редко больше 5 гПа. Для сравнения: перепад давления в глубоком циклоне обычно 30 – 40 гПа, а в сильных тайфунах и ураганах может быть свыше 80 гПа. Возмущения в 1 – 3 гПа люди практически не ощущают, а на лентах барографа (который в течение многих десятилетий использовался для наблюдения за изменчивостью атмосферного давления) подобные мелкомасштабные вариации почти незаметны. Именно по этой причине каждый раз, когда происходит сильное метеоцунами (особенно в районах, где ранее подобные события не отмечались), объяснения пытаются найти в подводном землетрясении, оползне, взрыве. И никто, кроме специалистов, не думает, что данное событие могли вызвать малозаметные скачки атмосферного давления. Только установка высокоточных цифровых измерителей уровня моря и прецизионных микробарографов и получение качественных синхронных записей атмосферного давления и уровня моря позволили показать тесную взаимосвязь этих процессов. Более того, современные численные модели, в которых в качестве входа используются наблюденные возмущения атмосферного давления, с хорошей точностью воспроизводят реально произошедшие метеоцунами [2,7][2]Orlić M., Belušić D., Janeković I., Pasarić M. Fresh evidence relating the great Adriatic surge of 21 June 1978 to mesoscale atmospheric forcing // J. Geophys. Res. 2010. V.115. C06011.Doi:10.1029/2009JC005777[7]Vilibić I., Šepić J. Destructive meteotsunamis along the eastern Adriatic coast: overview // Phys. Chem. Earth. 2008. V.34. №17–18. P.904–917.

И, тем не менее, до сих пор даже для многих специалистов явление метеоцунами выглядит загадочным. Известно, что в океане действует так называемый закон обратного барометра, согласно которому изменение атмосферного давления на 1 гПа вызывает изменение уровня моря с обратным знаком на 1 см [9][9]Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. СПб., 1993. Так, скачок атмосферного давления на 3 – 5 гПа должен вызывать отклик уровня высотой 3 – 5 см, а фактически во время сильнейших наводнений высота волн метеоцунами достигает нескольких метров, т.е. на два порядка больше. Характерный пример — разрушительное метеоцунами (риссага) 15 июня 2006 г. на о. Менорка. Резкий скачок давления около 5 гПа, распространившийся над Балеарскими островами (рис. 9), вызвал разрушительные колебания уровня моря в порту Сьютаделья высотой до 5 м. Более 40 судов были потоплены, общий убыток превысил 30 млн евро. Отношение перепада давления и высоты волн риссага составило примерно 1:100. Cтоль сильная реакция океана с физической точки зрения выглядит труднообъяснимой. Но то, что именно этот скачок давления вызвал наводнение, надежно подтверждается результатами численного моделирования [7][7]Vilibić I., Šepić J. Destructive meteotsunamis along the eastern Adriatic coast: overview // Phys. Chem. Earth. 2008. V.34. №17–18. P.904–917.

Нам пришлось достаточно много заниматься исследованием волн риссага на Балеарских островах. Метеоцунами высотой около 1 м наблюдаются в бухте Сьютаделья каждое лето, а каждые пять-шесть лет происходят катастрофические события с высотами колебаний свыше 3 м. Волны риссага, хотя и менее сильные, фиксируются и в соседней бухте Платха-Гран на о. Менорка (рис. 9), атакже в бухтах о. Майорка (Санта-Понса, Са-Рапита, Порто-Колом, Польенса) и других Балеарских островов (Ивиса, Кабрера), а также на континентальном побережье Испании.

С точки зрения гидродинамики волны цунами и метеоцунами очень похожи, однако физический механизм их формирования существенно различается. Метеоцунами — резонансное явление. Значительные колебания поверхности океана могут возникнуть только тогда и там, где совпадают скорости распространения атмосферного возмущения (U) и скорости длинных океанских волн (с). Последние рассчитываются по очень простой формуле Лагранжа: c = √gh, где g — ускорение силы тяжести, а h — глубина океана. К примеру, если h = 60 м (характерная глубина на шельфе Балеарских островов), то с ≈ 25 м/с. Атмосферные волны, распространяющиеся с такой скоростью, могут привести к резонансной генерации длинных океанских волн, что и наблюдалось в этом районе 15 июня 2006 г. Такой тип резонанса (c ≈ U) у океанологов принято называть резонансом Праудмена [17][17]Праудмен Дж. Динамическая океанография. М., 1957.

Но для формирования сильного метеоцунами резонансного совпадения скоростей недостаточно. Должен сработать еще ряд факторов: резкий скачок давления в атмосферном возмущении — 2 – 3 гПа за 10 мин (во время наводнения 15 июня 2006 г. давление за 10 мин возросло на 5 гПа), определенное направление его распространения (для Сьютадельи — юго-западный сектор) и специфические особенности локальной топографии данного района. В частности, постепенное уменьшение глубины и узкая воронкообразная форма залива — важные условия усиления длинных волн, приходящих из открытого моря (бухты Вела-Лука, Стари-Град и Вброска на рис. 1). Однако имеется еще один очень немаловажный фактор, определяющий характер и интенсивность проявления вблизи берега как обычных волн цунами, так и метеоцунами. Это резонансные особенности конкретной акватории, расположенной в вершине залива (как в Стари-Граде или Вела-Луке) или непосредственно примыкающей к берегу (как бухта Сьютаделья или бухты Малокурильская и Крабовая на о. Шикотан). Как говорилось выше, в каждой такой бухте или порту существуют стоячие колебания — сейши. Периоды собственных колебаний данной акватории определяются ее морфометрическими характеристиками. Отдельные моды таких колебаний по своей физической природе аналогичны тонам музыкальных инструментов. Особую роль играет низшая фундаментальная мода, которую еще называют «модой Гельмгольца», «нулевой модой» или «модой накачки». Эта мода имеет наибольший период и единственную «узловую линию» (линию, на которой нет колебаний), находящуюся на входе в акваторию. Сама же мода представляет собой периодическое наполнение и слив внутренней полости (в данном случае бухты или гавани). В бухте Сьютаделья период фундаментальной моды 10.5 мин, а в бухте Вела-Лука — около 20. Именно эта мода обычно доминирует в прибрежных акваториях, и именно с ней связаны периодические приливно-отливные колебания (наполнение и осушение акваторий). Если период приходящих из внешнего бассейна (открытого моря) волн близок к периоду собственного колебания внутренней акватории, то в ней происходит резонансное возбуждение собственных колебаний, которое называют резонансом гавани [9,14][9]Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. СПб., 1993.[14]Rabinovich A.B. Seiches and harbour oscillations // Handbook of coastal and ocean engineering / Ed. Y.C.Kim. Singapore, 2009. P.193–236.

Летом 1997 г. в районе о. Менорка проводился гидрофизический эксперимент LAST-97, цель которого — выявление механизма формирования волн риссага. На западном шельфе острова установили четыре глубоководных датчика уровня моря, еще два поставили в бухте Сьютаделья и один — в соседней бухте Платха-Гран (рис. 9). Кроме того, поблизости треугольником разместили три прецизионных микробарографа. В период проведения эксперимента произошли три значительных метеоцунами высотой 1.1 – 1.25 м [18][18]Monserrat S., Rabinovich A.B., Casas B. On the reconstruction of the transfer function for atmospherically generated seiches // Geophys. Res. Let. 1998. V.25. №12. P.2197–2200. На основе анализа двух первых событий и данных по атмосферному давлению с высокой точностью было предсказано третье. Эти же данные в дальнейшем использовались для верификации и отладки численной модели волн риссага и расчета события 15 июня 2006 г. [7][7]Vilibić I., Šepić J. Destructive meteotsunamis along the eastern Adriatic coast: overview // Phys. Chem. Earth. 2008. V.34. №17–18. P.904–917.

Спектры колебаний уровня моря на трех станциях в бухтах и одной — на шельфе показаны на рис. 10. Общее во всех спектрах — это то, что относится к спектральным особенностям шельфа и прилегающей части Средиземного моря. В частности, практически идентичная величина пика с периодом 24.4 мин на всех спектрах — явная особенность шельфа. Различия связаны с индивидуальными особенностями конкретных бухт. Главный спектральный пик с периодом 10.5 мин в бухте Сьютаделья соответствует фундаментальной моде данной бухты, 4.3 мин — первая мода (на станции М0 этот пик не виден, как раз здесь проходит узловая линия для данной моды), а 2.4 мин — вторая мода. В бухте Платха-Гран фундаментальная мода имеет период 5.5 мин, а первая — 2.2 мин. Численные расчеты модальной структуры подтверждают такую структуру собственных колебаний в этих акваториях [19][19]Рабинович А.Б., Монсеррат С., Файн И.В. Численное моделирование экстремальных сейшевых колебаний в районе Балеарских островов // Океанология. 1999. Т.39. №1. С.16–24. Результаты спектрального анализа показывают, что во время метеоцунами происходит значительное увеличение спектра в широком диапазоне частот (рис. 10). Но главную угрозу представляет резкое усиление фундаментальной моды.

Имеется один очень важный параметр, который определяет «остроту резонанса» и степень усиления приходящих волн — добротность соответствующей акватории (Q). Она обратно пропорциональна скорости затухания колебаний: чем выше добротность, тем медленнее колебания затухают и тем сильнее усиливаются приходящие волны. И наоборот, при малой добротности входящие волны слабо усиливаются и быстро затухают. В 1961 г. американские ученые Дж. Майлс и У. Манк опубликовали статью «Парадокс гавани» [20][20]Miles J.W., Munk W.H. Harbor paradox // J. Waterways, Harbors Coastal Eng. Div. Proc. Am. Soc. Civ. 1961. V.87. P.111–130. Смысл ее в том, что чем сильнее мы стараемся защитить гавань от входящих ветровых волн и зыби, тем выше ее добротность и тем сильнее в ней будут проявляться и усиливаться длинноволновые колебания. В этом и заключается парадокс! Чем уже «ворота» в порт или бухту, тем выше добротность (конечно, это справедливо только до какого-то предела: если «ворота» будут слишком маленькие, то трение просто не позволит волне проникнуть в соответствующую акваторию).

В узких вытянутых заливах типа фьордов добротность определяется отношением ширины залива (b) на входе к его длине (l): Q ≈ l/b. Бухта Сьютаделья имеет длину около 1 км и ширину около 100 м. Соответственно, Q ≈ 10. Такая величина добротности означает, что после возбуждения требуется примерно 6.5 колебания для затухания амплитуды в e раз (N = 2Q/π). Одновременно это значение характеризует и степень усиления приходящей волны: R ≈ Q = 10, т.е. волна, приходящая из открытого моря, в бухте Сьютаделья усиливается примерно в 10 раз. Это хорошо видно по результатам спектрального анализа (рис. 10). Если считать сигнал и соответствующий спектр на станции MW3 (шельф) входом, а на станции M2 (вершина бухты) — выходом, то энергия на частоте фундаментальной моды (т.е. на периоде 10.5 мин) возрастает на два порядка (т.е. само колебание усиливается примерно в 10 раз). Результаты спектрального анализа объясняют, почему колебания в бухте Платха-Гран существенно слабее, чем в Сьютаделье. Основная причина — убывание с частотой входного спектра длинных волн. На графиках хорошо видно, что на станции MW3 на периоде 5.5 мин энергия значительно меньше, чем на периоде 10.5 мин.

Таким образом, формирование значительного метеоцунами проходит через несколько стадий и зависит от многих факторов. Проиллюстрируем последовательность отдельных этапов на примере катастрофического события 31 марта 1979 г. в бухте Нагасаки [21][21]Hibiya T., Kajiura K. Origin of the Abiki phenomenon (a kind of seiche) in Nagasaki Bay // J. Oceanogr. Soc. Japan. 1982. V.38. P.172–182. Начальный источник метеоцунами (абики) располагался в западной части Восточно-Китайского моря (рис. 11), где скачок атмосферного давления в 3 гПа сформировал возмущение поверхности моря высотой 3 см. Шельф, который почти на 600 км тянется от материкового побережья Китая на восток, имеет характерные глубины от 50 до 150 м. Им соответствуют скорости длинных волн 22 – 39 м/с. Скачок атмосферного давления распространялся в сторону побережья Японии со скоростью 31 м/с, т.е. со скоростью, близкой к резонансной, и «тащил» вместе с собой длинную морскую волну, постоянно подпитывая ее энергией. В процессе распространения эта волна набирала силу и при подходе к ближнему шельфу имела высоту 16 см (рис. 11). На шельфе произошло дальнейшее усиление волны, и она достигла уже высоты 45 см. Во внешнем воронкообразном заливе продолжалась интенсификация волны: мареограф Незуми, расположенный на входе в бухту Нагасаки (точка 1 на врезке рис. 11), зарегистрировал максимальную высоту 1.3 м, а мареограф Нагасаки внутри бухты — 2.8 м (точка 2). В вершине бухты, согласно показаниям очевидцев, фотографиям и отметкам на берегу, максимальная высота волны была 4.8 м. Три пожилые женщины погибли. Так, начальное возмущение в 3 см, пройдя несколько этапов, привело к катастрофическому колебанию в бухте Нагасаки высотой почти 5 м (рис. 11). Скорости течений в бухте (а это главный поражающий фактор) превысили 15 – 20 узлов. В некоторых акваториях очень высокие скорости течений наблюдаются и при сравнительно небольших колебаниях уровня моря. В этом отношении просматривается очевидная аналогия между метеоцунами и явлением тягуна [9][9]Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. СПб., 1993. которое представляет серьезную угрозу для ряда портов Черноморского побережья Кавказа (Туапсе, Сочи, Геленджика, Батуми, Поти и др.).

Таким образом, основную угрозу представляет не сама величина атмосферного возмущения, а острота резонанса (скорость, направление атмосферного возмущения, его частотный состав и некоторые другие параметры), а также специфические условия конкретной акватории [19][19]Рабинович А.Б., Монсеррат С., Файн И.В. Численное моделирование экстремальных сейшевых колебаний в районе Балеарских островов // Океанология. 1999. Т.39. №1. С.16–24. Там, где есть протяженный шельф, способствующий резонансу Праудмена (т.е. где длинные волн имеют скорости c = √gh, близкие к типичным скоростям атмосферных возмущений), а также внешняя воронка, которая обеспечивает фокусировку волн, и бухта или порт с высокой добротностью, метеоцунами происходят с большой регулярностью. Такими районами и являются бухты Вела-Лука и Стари-Град, Сьютаделья, Мазаро-дель-Вальо, Нагасаки и др.

Это как мина с часовым механизмом: десятки атмосферных возмущений могут проходить над соответствующим районом, не вызывая заметного эффекта, но потом возникает возмущение с параметрами, близкими к резонансным, и «мина» взрывается.

Одному из авторов этой статьи (А. Б. Рабиновичу) пришлось заняться рассматриваемой проблемой около 20 лет назад. В то время даже сам термин «метеоцунами» практически не использовался. Было известно, что в некоторых районах Мирового океана периодически наблюдаются экстремально сильные сейши (рис. 12), которые носили местные имена и изучались местными специалистами изолировано, без связи с другими сходными явлениями. Конкретный физический механизм формирования экстремальных сейш оставался неясен. В частности, некоторые ученые предполагали, что основная причина их возникновения — внутренние приливные волны. Именно эта интересная, хотя и (как оказалось в дальнейшем) ложная теория стимулировала постановку донных мареографов в бухте Сьютаделья и на внешнем шельфе о. Менорка и позволила получить первые качественные записи метеоцунами (риссага). Последовавшие работы, посвященные исследованию волн риссага на Балеарских островах и родственных явлений в других районах Мирового океана, подтвердили атмосферное происхождение данного явления [11,12,19][11]Rabinovich A.B., Monserrat S. Meteorological tsunamis near the Balearic and Kuril islands: Descriptive and statistical analysis // Natural Hazards. 1996. V.13. №1. P.55–90.[12]Liu Y., Cotton J.A., Shen B. et al. Convergent sequence evolution between echolocating bats and dolphins // Curr. Biol. 2010. V.20. R53–R54.[19]Рабинович А.Б., Монсеррат С., Файн И.В. Численное моделирование экстремальных сейшевых колебаний в районе Балеарских островов // Океанология. 1999. Т.39. №1. С.16–24. Термин начал понемногу «приживаться», а метеоцунами стали регистрироваться во все новых и новых районах. Две причины способствовали интересу специалистов к этому явлению: большое сходство метеоцунами и обычных цунами, аналогичный характер разрушительного воздействия на побережье и наличие в существующих каталогах цунами большого количества событий «неизвестного происхождения», обусловленных, по-видимому, именно метеорологическими причинами.

Катастрофическое цунами 26 декабря 2004 г. в Индийском океане способствовало колоссальному возрастанию интереса к проблеме цунами в целом. Была перестроена вся система измерений длинноволновых колебаний в океане. Непрерывные наблюдения за процессами в частотном диапазоне волн цунами стали проводиться не только в Тихом океане (где они традиционно велись), но и в других бассейнах (в частности, в Атлантическом и Индийском океанах, Средиземном и Карибском морях). Во многих районах одновременно были налажены измерения микрофлуктуаций атмосферного давления. Важная информация об аномальных явлениях, имеющих характер волн цунами, стала регулярно поступать и от населения. В итоге был получен огромный объем информации, и стало ясно, что метеорологические цунами, пусть и с разной степенью опасности, наблюдаются повсеместно (рис. 12).

Необыкновенно «урожайным» в отношении метеоцунами оказался 2014 г. 9 февраля произошло сильное метеоцунами в Прайя-ду-Казино на побережье Бразилии, вызвавшее панику у населения и серьезные повреждения береговой инфраструктуры. Спустя полтора месяца метеоцунами обрушилось на пляжную зону г. Панама-Сити (штат Флорида). Несколько значительных метеоцунами произошли на западном побережье Австралии и на северном (черноморском) побережье Турции. Однако основной интерес представляет уникальная цепочка событий, прокатившаяся 23 – 27 июня над Средиземноморьем и северо-западной частью Черного моря (рис. 13).

Многочисленные исследования, проведенные в районах Балеарских островов и в Адриатике, показали, что метеоцунами здесь возникают только в теплое время года и только при наличии определенных синоптических условий:

• поступления теплого и сухого воздуха из Африки на высотах ~1500 гПа (~1500 м);
• присутствия направленного с юго-запада хорошо выраженного сильного струйного течения на высотах ~500 гПа (~5000 м);
• наличия атмосферных слоев с высокой вертикальной неустойчивостью (т.е. с малыми числами Ричардсона Ri < 0.25) на высотах 600 – 400 гПА.

Именно такая ситуация и сложилась 23 июня 2014 г. над западной частью Средиземного моря (рис. 14). На Балеарских островах даже была объявлена «желтая тревога» — предупреждение об угрозе умеренного метеоцунами [8][8]Šepić J., Vilibić I., Rabinovich A., Monserrat S. Widespread tsunami-like waves of 23–27 June in the Mediterranean and Black seas generated by high-altitude atmospheric forcing // Sci. Rep. 2015. V.5. №11682. P.1–5.Doi:10.1038/srep11682 Данные фактических высокоточных измерений в Сьютаделье показали прохождение сильного цуга атмосферных волн и связанных с ним колебаний уровня моря высотой до ~1 м (врезка I на рис. 13). Грубые прикидки показали, что течения в бухте при этом превысили четыре узла и представляли реальную угрозу для стоящих там судов.

Далее вся атмосферная система, продолжая усиливаться, смещалась на восток, достигнув максимума развития 25 – 26 июня в районе Тирренского и Адриатического морей (рис. 14). Сильнейшее метеоцунами, сопровождавшееся бором, наблюдалось в Мазаро-дель-Вальо (на западном побережье Сицилии). Инструментальные измерения уровня моря и атмосферного давления там не проводились, но сильные колебания были зарегистрированы в соседних пунктах (рис. 13, врезка III). Практически одновременно сильные наводнения, вызванные метеоцунами, наблюдались у побережья Хорватии, т.е. примерно в 500 км к северу от Сицилии (рис. 13). Наиболее интенсивные колебания отмечались в Вела-Луке (~2.5 м), в Стари-Граде, Врбоске и Риеке дубровацкой (более 2 м). Здесь в целом ряде пунктов были получены надежные записи проходивших пакетов атмосферных волн и связанных с ними длинноволновых колебаний уровня моря (рис. 13, врезка II).

При продолжающемся смещении системы на восток заметные колебания уровня моря наблюдались на греческих островах и в Турции [8][8]Šepić J., Vilibić I., Rabinovich A., Monserrat S. Widespread tsunami-like waves of 23–27 June in the Mediterranean and Black seas generated by high-altitude atmospheric forcing // Sci. Rep. 2015. V.5. №11682. P.1–5.Doi:10.1038/srep11682 27 июня весь фронт сместился на западную часть Черного моря (рис. 14). Цифровые измерители атмосферного давления в Констанце и Мангалии (Румыния) зафиксировали в 04:00 – 06:00 прохождение сильных (>2.5 гПа) атмосферных волн, а спустя примерно 4 ч (около полудня местного времени) на пляжи Одессы обрушилась разрушительная волна высотой 1.5 – 2 м, получившая название «Одесское цунами». На барограмме Одесской гидрометобсерватории примерно в то же время отмечен скачок атмосферного давления. В отличие от Испании, Италии и Хорватии, где метеорологические цунами хорошо знакомы, и экстремальные волны, наблюдавшиеся 23 – 26 июня, сразу были названы «метеоцунами», явление в Одессе породило массу противоречивых слухов и гипотез (землетрясение, оползень, подводный взрыв, прохождение подводной лодки и др.). Подробно эти гипотезы разбирались и на страницах «Природы» [22][22]Никонов А.А., Флейфель Л.Д. Цунами в Одессе: природный или рукотворный феномен? // Природа. 2015. №4. С.36–43. Общая ситуация очень напоминала ту, которая наблюдалась в Хорватии после катастрофического наводнения в Вела-Луке в 1978 г.

Говоря о цепочке событий 23 – 27 июня 2014 г., не следует, конечно, думать, что некая морская волна распространилась от побережья Испании до Черного моря. Не следует также считать, что от Испании до Одессы двигалось атмосферное возмущение (типа фронтальной зоны деречо), порождая метеоцунами на своем пути. Метеорологические цунами преимущественно вызываются сравнительно мелкомасштабными (20 – 50 км) возмущениями атмосферного давления, которые возникают при определенных атмосферных ситуациях [23][23]Thomson R.E., Rabinovich A.B., Fine I.V. et al. Meteorological tsunamis on the coasts of British Columbia and Washington // Physics and Chemistry of the Earth. 2009. V.34. №17–18. P.971–988. Именно такая ситуация и наблюдалась над Средиземноморьем в конце июня 2014 г. Условно ее можно назвать «кипящая атмосфера». Ведущий поток переносил и подпитывал атмосферные возмущения, а они на своем пути порождали метеоцунами.

Почему же сильные метеоцунами проявляются не повсеместно, а во вполне определенных районах? На рис. 13 показано распределение числа Фруда (Fr), которое для данного случая определяется как Fr = U/c. Резонанс наступает, когда Fr ≈ 1.0, т.е. скорости длинных волн и атмосферных возмущений совпадают. Все экстремальные события 23 – 27 июня 2014 г. наблюдались именно в таких «резонансных» районах [8][8]Šepić J., Vilibić I., Rabinovich A., Monserrat S. Widespread tsunami-like waves of 23–27 June in the Mediterranean and Black seas generated by high-altitude atmospheric forcing // Sci. Rep. 2015. V.5. №11682. P.1–5.Doi:10.1038/srep11682 Большую роль играло и расположение береговой лнии относительно направления движения атмосферных возмущений. Сильные метеоцунами образуются на «наветренных» берегах. Волне в открытом море нужно пространство, чтобы сформироваться, разбежаться и усилиться. Именно по этой причине метеоцунами на хорватском побережье Адриатики гораздо сильнее, чем на итальянском, где они преимущественно формируются волнами, отраженными от противоположного (восточного) берега.

Суммируя все выше сказанное, можно сделать вывод: метеоцунами — опасное стихийное бедствие и очень интересное природное явление. Мы находимся еще в самом начале его изучения. Очевидно, что для некоторых районов Мирового океана такие события представляют очень серьезную угрозу. Но даже там, где известен только единичный случай, нужно помнить железный принцип: «Если подобное явление произошло один раз, то рано или поздно оно здесь произойдет опять!»

Vučetić T., Vilibić I., Tinti S., Maramai A. The Great Adriatic flood of 21 June 1978 revisited: An overview of the reports // Phys. Chem. Earth. 2009. V.34. P.894–903.

Orlić M., Belušić D., Janeković I., Pasarić M. Fresh evidence relating the great Adriatic surge of 21 June 1978 to mesoscale atmospheric forcing // J. Geophys. Res. 2010. V.115. C06011.

Doi:10.1029/2009JC005777

Titov V.V., Rabinovich A.B., Mofjeld H. et al. The global reach of the 26 December 2004 Sumatra tsunami // Science. 2005. V.309. P.2045–2048.

Hodžić M. Occurrences of exceptional sea level oscillations in the Vela Luka Bay // Priroda. 1979. V.68. №2–3. P.52–53.

Orlić M. About a possible occurrence of the Proudman resonance in the Adriatic // Thalassia Jugoslavica. V.16. №1. P.79–88.

Vilibić I., Domijan N., Orlić M. et al. Resonant coupling of a traveling air-pressure disturbance with the east Adriatic coastal waters // J. Geophys. Res. 2004. V.109. C10001.

Doi:10.1029/2004JC002279

Vilibić I., Šepić J. Destructive meteotsunamis along the eastern Adriatic coast: overview // Phys. Chem. Earth. 2008. V.34. №17–18. P.904–917.

Šepić J., Vilibić I., Rabinovich A., Monserrat S. Widespread tsunami-like waves of 23–27 June in the Mediterranean and Black seas generated by high-altitude atmospheric forcing // Sci. Rep. 2015. V.5. №11682. P.1–5.

Doi:10.1038/srep11682

Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. СПб., 1993.

Defant A. Physical oceanography. New York, 1961.

Rabinovich A.B., Monserrat S. Meteorological tsunamis near the Balearic and Kuril islands: Descriptive and statistical analysis // Natural Hazards. 1996. V.13. №1. P.55–90.

Rabinovich A.B., Monserrat S. Generation of meteorological tsunamis (large amplitude seiches) near the Balearic and Kuril islands // Natural Hazards. 1998. V.18. №1. P.27–55.

Monserrat S., Vilibić I., Rabinovich A.B. Meteotsunamis: atmospherically induced destructive ocean waves in the tsunami frequency band // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2006. V.6. P.1035–1051.

Rabinovich A.B. Seiches and harbour oscillations // Handbook of coastal and ocean engineering / Ed. Y.C.Kim. Singapore, 2009. P.193–236.

Thomson R.E., Rabinovich A.B., Krassovski M.V. Double jeopardy: Concurrent arrival of the 2004 Sumatra tsunami and storm-generated waves on the Atlantic coast of the United States and Canada // Geophys. Res. Lett. 2007. V.34. L15607.

Doi:10.1029/2007GL030685

Šepić J., Rabinovich A.B. Meteotsunami in the Great Lakes and on the Atlantic coast of the United States generated by the «derecho» of June 29–30, 2012 // Natural Hazards. 2014. V.74. P.75–107.

Doi:10.1007/s11069-014-1310-5

Праудмен Дж. Динамическая океанография. М., 1957.

Monserrat S., Rabinovich A.B., Casas B. On the reconstruction of the transfer function for atmospherically generated seiches // Geophys. Res. Let. 1998. V.25. №12. P.2197–2200.

Рабинович А.Б., Монсеррат С., Файн И.В. Численное моделирование экстремальных сейшевых колебаний в районе Балеарских островов // Океанология. 1999. Т.39. №1. С.16–24.

Miles J.W., Munk W.H. Harbor paradox // J. Waterways, Harbors Coastal Eng. Div. Proc. Am. Soc. Civ. 1961. V.87. P.111–130.

Hibiya T., Kajiura K. Origin of the Abiki phenomenon (a kind of seiche) in Nagasaki Bay // J. Oceanogr. Soc. Japan. 1982. V.38. P.172–182.

Никонов А.А., Флейфель Л.Д. Цунами в Одессе: природный или рукотворный феномен? // Природа. 2015. №4. С.36–43.

Thomson R.E., Rabinovich A.B., Fine I.V. et al. Meteorological tsunamis on the coasts of British Columbia and Washington // Physics and Chemistry of the Earth. 2009. V.34. №17–18. P.971–988.