- Trang Chủ
- Môi trường
- Đánh giá xu thế biến đổi của lượng mưa năm ở thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 1980-2016 bằng kiểm định phi tham số Mann-Kendall
Xem mẫu
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
ĐÁNH GIÁ XU THẾ BIẾN ĐỔI CỦA LƯ NG MƯA NĂM
Ở THÀNH PHỐ HỒ CH MINH GIAI ĐOẠN 1980-2016 BẰNG
KIỂM ĐỊNH PHI THAM SỐ MANN-KENDALL
Nguyễn Văn Tín1,*, Nguyễn Tâm Khiêm2
1
Phân viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu,
200 Lý Chính Thắng, Phường 9, Quận 3, Tp. Hồ Chí Minh
2
Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Tp. Hồ Chí Minh,
236B Đường Lê Văn Sỹ, Phường 1, Tân Bình, Hồ Chí Minh
*
Email: tinpk85@yahoo.com
TÓM TẮT
Bài báo này đánh giá xu thế biến đổi của lượng mưa năm tại các trạm đo mưa ở Tp. Hồ Chí Minh
giai đoạn 1980-2016 sử dụng phương pháp kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall và ước lượng xu
thế Sen. Các kết quả được đánh giá dựa trên quá trình phân tích thống kê ở mức ý nghĩa α =0,1 (xác suất
phạm sai lầm loại I là 10 %). Hầu hết các trạm có xu thế tăng như trạm; Cần Giờ, Hóc Môn, Tân Sơn
Hòa, Bình Chánh, Củ Chi, Lê Minh Xuân, Tam Thôn Hiệp, Mạc Đĩnh Chi có xu hướng tăng và Nhà Bè,
Thủ Đức, Cát Lái có xu hướng giảm. Tuy nhiên chỉ có các trạm Cần Giờ và Hóc Môn đảm bảo mức ý
nghĩa thống kê với tốc độ tăng tương ứng là; 17,1 mm/năm và 9 mm/năm.
Từ khóa: Biến đổi khí hậu, xu thế, kiểm định Mann-Kendall, xu thế Sen.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở trung tâm vùng Nam Bộ, phía bắc giáp Bình Dương, phía tây bắc
giáp Tây Ninh, phía đông và đông bắc giáp Đồng Nai, phía đông nam giáp Bà Rịa- Vũng Tàu, phía tây
và tây nam giáp Long An, Tiền Giang, phía nam giáp Biển Đông với đường bờ biển dài 15 km [7].
Hình 1. Bản đồ Thành phố Hồ Chí Minh.
575
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
Hiện nay Thành phố Hồ Chí Minh có 19 quận nội thành, gồm các quận: từ Quận 1 đến Quận 12,
quận Gò Vấp, Tân Bình, Bình Thạnh, Phú Nhuận, Thủ Đức, Tân Phú và Bình Tân, với 5 huyện ngoại
thành gồm: huyện Củ Chi, Hóc Môn, Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ và 317 phường/xã. Tổng diện tích
tự nhiên 2.095,58 km2.
TP. Hồ Chí Minh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, thời tiết hàng năm ở các tỉnh thành
Nam Bộ nói chung và Tp. Hồ Chí Minh nói riêng có hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa, hai mùa này
gần như trùng khớp với thời kỳ hoạt động của gió mùa đông bắc và gió mùa tây nam. Mùa mưa thường
kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 hàng năm, với tỷ trọng lượng mưa chiếm khoảng từ 90 đến 95 % tổng
lượng mưa cả năm. Trong thời kỳ này, hoạt động liên tục của gió mùa tây nam mạnh tương tác với bão
và áp thấp nhiệt đới trên khu vực Biển Đông luôn mang đến những đợt mưa lớn diện rộng và kéo dài
cho các khu vực TP. Hồ Chí Minh.
Trong những năm gần đây do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu làm gia tăng các hiện tượng mưa cực
đoan ở TP. Hồ Chí Minh, do vậy diễn biến lượng mưa năm có sự biến động lớn giữa các năm. Do vậy
bài báo này nhằm mục đích đánh giá xu thế biến đổi của lượng mưa năm tại TP. Hồ Chí Minh giai đoạn
1980-2016 từ đó rút ra được xu thế tăng hay giảm của lượng mưa. Ngoài ra bài báo cũng sử dụng
phương pháp đánh giá xu thế Sen [1, 2, 5, 6] thay vì sử dụng phương trình hồi quy tuyến tính và kiểm
định Mann-Kendall để đánh giá mức ý nghĩa thống kê [4].
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ LIỆU SỬ DỤNG
2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu
a) Kiểm nghiệm phí tham số Mann-Kendall (M-K test) [4]
Kiểm nghiệm Mann-Kendall so sánh độ lớn tương đối của các phần tử trong chuỗi dữ liệu,
điều này có thể tránh được các giá trị cực đại hoặc cực tiểu cục bộ của chuỗi số liệu. Nếu giả thiết
rằng có một dữ liệu theo chuỗi trình tự thời gian (x1, x2,…, xn) với xi biểu diễn số liệu tại thới điểm i
tại mỗi một thời điểm thì mỗi giá trị dữ liệu tại mỗi thời điểm được so sánh với các giá trị trên toàn
chuỗi thời gian. Giá trị ban đầu của thống kê Mann-Kendall, S là 0 (nghĩa là không có xu thế). Nếu
một dữ liệu ở một thời điểm sau lớn hơn giá trị của dữ liệu ở một thời điểm nào đó trước đấy, S
được tăng thêm 1; và ngược lại. Xét chuỗi x1, x2, …, xn biểu diễn n điểm dữ liệu trong đó xj là giá trị
dữ liệu tại thời điểm j. Khi đó chỉ số thống kê Mann-Kendall S [3] được tính bởi
N 1 N
S sign( x j xi )
i 1 j i 1
(2.1)
Trong đó: ( ){
(2.2)
Giá trị: S > 0 chỉ xu thế tăng, S < 0 chỉ xu thế giảm.
Tuy nhiên cần phải tính toán xác xuất đi kèm với S và n để xác định mức ý nghĩa của xu
hướng. Phương sai của S được tính theo công thức:
( ) ⌈ ( )( ) ∑ ( )( )⌉ (2.3)
Trong đó g là số các nhóm có giá trị giống nhau, là số phần tử thuộc nhóm thứ p.
Giá trị chuẩn Z của S tuân theo định luật phân phối chuẩn.
576
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
( )
(2.4)
Z =0, S= 0
( )
(2.5)
Z có phân phối chuẩn N (0,1) dùng để kiểm định chuỗi có xu thế hay không với mức ý nghĩa cho
trước (trong nghiên cứu này dùng ).
b) Phương pháp xu thế Sen (Sen’s s ope) [1 2, 5, 6]
Để xác định độ lớn của xu thế chuỗi Q (độ dốc đường xu thế) ta dùng ước lượng Sen:
Q là median của chuỗi n(n-1)/2 phần tử,
Q= , - với i=1, 2,…..n-1; j > i, (2.6)
Q > 0 chuối có xu thế tăng và ngược lại.
2.2. Số liệu sử dụng
Số liệu sử dụng trong bài báo là lượng mưa ngày tại các trạm ở Tp. Hồ Chí Minh từ 1980-2016 trừ
trạm Nhà Bè từ 1992-2016 và Tam Thôn Hiệp từ 1982-2016. Vị trí các trạm thể hiện trên hình 2.
Hình 2. Vị trí các trạm sử dụng.
3. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH
Đối với lượng mưa năm, bài báo sử dụng kiểm định Mann-Kendall để đánh giá mức độ tin cậy
của xu thế biến đổi lượng mưa năm tại 11 trạm ở Tp. Hồ Chí Minh. Kiểm định Mann-Kendall được
sử dụng với mức ý nghĩa thống kê là (xác suất phạm sai lầm loại I không quá 10 %). Các trạm
nào M-K test thỏa mãn mức ý nghĩa thống kê nghĩa là đường xu thế đảm bảo mức độ tin cậy. Kết quả
577
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
kiểm định được thể hiện ở bảng 1. Bảng 1 cho thấy xu thế biến đổi của lượng mưa năm có xu thế
tăng trị (số M-K test S > 0) ở 8/11 trạm (tốc độ tăng nhanh nhất tại Cần Giờ tăng khoảng
17,1 mm/năm, tiếp đến là Hóc Môn 9 mm/năm) và xu thế giảm (S < 0) ở 3/11 trạm (tốc độ giảm
mạnh nhất tại Nhà Bè -6,9 mm/năm và Thủ Đức - 4,1 mm/năm), như vậy có thể thấy trong giai
đoạn 1980-2016 lượng mưa năm ở TP. Hồ Chí Minh có xu thế tăng. Tuy nhiên các trạm có xu thế
tăng/giảm thỏa mãn ý nghĩa thống kê ( = 0,1) chỉ có trạm Cần Giờ (P_value = 0,003) và Hóc Môn
(P_value = 0,09).
Bảng 1. Kết quả kiểm định M-K xu thế biến đổi của lượng mưa năm.
Tân Lê Tam Mạc
Nhà Cần Củ Bình Thủ Hóc
Sơn Cát Lái Minh Thôn Đĩnh
Bè Giờ Chi Chánh Đức Môn
Hòa Xuân Hiệp Chi
N 37 25 37 40 40 40 39 35 39 40 39
Min 1161 904 480 1630 1507 1820 1103 1099 632 1811 534
Max 2663 2406 1680 1589 1436 1779 2431 1938 2797 1785 2277
Mean 1898 1683 1067 1642 1478 1720 1756 1517 1455 1775 1504
Median 1854 1665 1040 1665 1642 1471 1797 1531 1359 1531 1471
SD 271 360 346 341 373 429 330 205 505 309 389
M-K 10 -22,0 215,0 46,0 50,0 -46,0 55,0 63,0 -47 14,0 113
Var(S) 76,46 42,8 76,3 85,8 85,8 85,8 82,7 70,4 82,7 85,8 82,7
Z 0,118 -0,5 2,8 0,5 0,6 -0,5 0,7 0,9 -0,6 0,2 1,4
P_value 0,453 0,3 0,003 0,3 0,3 0,3 0,3 0,18 0,3 0,4 0,09
Sen‟s 0,425 -6,9 17,1 2,7 1,5 -2,5 2,6 3,8 -4,1 0,8 9,0
Chú thích: Chú thích: SD - Độ lệch chuẩn; Var (S) - Độ lệch chuẩn của S;
Z - Giá trị chuẩn của S; p.value - Mức ý nghĩa
Hình 3. Xu thế biến đổi lượng mưa năm trạm Cần Giờ.
578
- Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 4 - SEMREGG 2018
Hình 3 thể hiện xu thế biến đổi của lượng mưa năm ở Cần Giờ, với kiểm định M-K test và xu
thế Sen, lượng mưa ở Cần Giờ có xu thế tăng với tốc độ tăng khá nhanh khoảng 17,1 mm/năm. Giai
đoạn trước những năm 2000 lượng mưa năm ở Cần Giờ khá thấp chủ yếu thấp hơn so với trung
bình nhiều năm, ngoại trừ một vài năm lượng mưa tăng cao đột biến (năm 1980, 1993, 1994). Giai
đoạn sau năm 2000 lượng mưa năm chủ yếu cao hơn so với trung bình nhiều năm.
Hình 4. Xu thế biến đổi lượng mưa năm trạm Hóc Môn.
Hình 4 thể hiện xu thế biến đổi của lượng mưa năm tại Hóc Môn, kết quả ước lượng Sen cho
thấy lượng mưa năm trạm Hóc Môn có xu hướng tăng với tốc độ 9 mm/năm. Lượng mưa trung bình
nhiều năm ở Hóc Môn vào khoảng 1500 mm, lượng mưa năm cao nhất ghi nhận là 2277 mm (năm
2016) và thấp nhất là 500 mm (năm 1983).
4. KẾT LUẬN
Bài báo đã đánh giá xu thế biến đổi của lượng mưa năm tại 11 trạm đo mưa ở Tp. Hồ Chí Minh
giai đoạn 1980-2016, dùng kiểm định phi tham số Mann-Kendall và ước lượng xu thế Sen. Kết quả
kiểm định M-K cho thấy chỉ có trạm Cần Giờ và Hóc Môn thỏa mãn mức nghĩa thống kê ( = 0,1),
với xu thế tăng tương ứng tại Cần Giờ là 17,1 mm/năm, Hóc Môn tăng 9 mm/năm, các trạm khác có
xu hướng tăng/giảm tuy nhiên phương trình xu thế không đảm bảo độ tin cậy. Như vậy có thể thấy
trong giai đoạn 1980-2016 lượng mưa năm ở TP. Hồ Chí Minh có xu thế tăng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Ngô Đức Thanh, Phan Văn Tân (2012) - Kiểm nghiệm phi tham số xu thế biến đổi của một số
yếu tố khí tượng giai đoạn 1961-2007, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, 2012.
2. Nguyễn Văn Tín (2017) - Đánh giá xu thế biến đổi của lượng mưa thời đoạn lớn nhất ở TP. Hồ
Chí Minh giai đoạn 1971-2016 bằng kiểm định phi tham số Mann - Kendall, Tạp chí KTTV số
685, 11/2017.
3. Hamed K. H., Rao A. R. - A modified Mann- Kendall trend test for autocorrelated data. Journal
of Hydrology, 204: 182-196 (1998).
579
- The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018
4. Kendall M. G. - Rank Correlation Methods, Charles Griffin, London, 272 pp, 1975.
5. Sen P. K. - Estimates of the Regression Coefficient Based on Kendall’s Tau, Juornal of
the American Statistical Association, 63(324), 1379-1389, 1968.
6. Sen P. K. - Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s tau. Journal of the
American Statistical Association, (63):1379-1389 (1968).
7. http://www.hochiminhcity.gov.vn.
NON-PARAMETRIC MANN-KENDALL TEST FOR TREND DETECTION OF ANNUAL
RAINFALL IN HO CHI MINH CITY FROM 1971-2016
Nguyen Van Tin1, Nguyen Tam Khiem2
1
Sub-Institute of hydrometeorology and climate change,
200 Ly Chinh Thang, District 3, Ho Chi Minh city
2
Ho Chi Minh University of Natural Resources and Environment,
236b Le Van Sy, Tan Binh, Ho Cho Minh city
Email: tinpk85@yahoo.com
ABSTRACT
This paper evaluates tend of annual rainfall in HCMC from 1980-2016 with apply non-
parametric Mann-Kendall test (with α = 0.1) and Sen‟s slope method. The results show that most
stations have tend to increase as; Can Gio, Hoc Mon, Tan Son Hoa, Binh Chanh, Cu Chi, Le Minh
Xuan, Tam Thon Hiep, Mac Dinh Chi but Nha Be, Thu Duc, Cat Lai stations have tend to decrease.
Only the Can Gio and Hoc Mon stations ensures statistical significance (α = 0.1), The rainfall of Can
Gio and Hoc Mon have trend to increase; 17.1 mm/year and 9 mm/year.
Key words: Climate change, trend, Mann-Kendall, Sen.
580
nguon tai.lieu . vn
