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

Bài viết 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-Kendallđánh 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.

Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - 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 Phân viện Khoa học Khí tượng Thủy văn Biến đổi khí hậu, 200 Lý Chính Thắng, Phường 9, Quận 3, Tp Hồ Chí Minh 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 TĨM TẮT Bài báo đánh giá xu biến đổi lượng mưa năm trạm đo mưa Tp Hồ Chí Minh giai đoạn 1980-2016 sử dụng phương pháp kiểm nghiệm phi tham số Mann-Kendall ước lượng xu Sen Các kết đánh giá dựa q trình phân tích thống kê mức ý nghĩa α =0,1 (xác suất phạm sai lầm loại I 10 %) Hầu hết trạm có xu tăng trạm; Cần Giờ, Hóc Mơn, Tân Sơn Hịa, Bình Chánh, Củ Chi, Lê Minh Xuân, Tam Thôn Hiệp, Mạc Đĩnh Chi có xu hướng tăng Nhà Bè, Thủ Đức, Cát Lái có xu hướng giảm Tuy nhiên có trạm Cần Giờ Hóc Mơn đảm bảo mức ý nghĩa thống kê với tốc độ tăng tương ứng là; 17,1 mm/năm mm/năm Từ khóa: Biến đổi khí hậu, xu thế, kiểm định Mann-Kendall, xu Sen ĐẶT VẤN ĐỀ Thành phố Hồ Chí Minh nằm trung tâm vùng Nam Bộ, phía bắc giáp Bình Dương, phía tây bắc giáp Tây Ninh, phía đơng đơng bắc giáp Đồng Nai, phía đơng nam giáp Bà Rịa- Vũng Tàu, phía tây tây nam giáp Long An, Tiền Giang, phía nam giáp Biển Đơng với đường bờ biển dài 15 km [7] Hình Bản đồ Thành phố Hồ Chí Minh 575 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 Hiện Thành phố Hồ Chí Minh có 19 quận nội thành, gồm quận: từ Quận đến Quận 12, quận Gị Vấp, Tân Bình, Bình Thạnh, Phú Nhuận, Thủ Đức, Tân Phú Bình Tân, với huyện ngoại thành gồm: huyện Củ Chi, Hóc Mơn, Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ 317 phường/xã Tổng diện tích tự nhiên 2.095,58 km2 TP Hồ Chí Minh nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, thời tiết hàng năm tỉnh thành Nam Bộ nói chung Tp Hồ Chí Minh nói riêng có hai mùa rõ rệt: mùa khơ mùa mưa, hai mùa gần trùng khớp với thời kỳ hoạt động gió mùa đơng bắc gió mùa tây nam Mùa mưa thường kéo dài từ tháng đến tháng 11 hàng năm, với tỷ trọng lượng mưa chiếm khoảng từ 90 đến 95 % tổng lượng mưa năm Trong thời kỳ này, hoạt động liên tục gió mùa tây nam mạnh tương tác với bão áp thấp nhiệt đới khu vực Biển Đông mang đến đợt mưa lớn diện rộng kéo dài cho khu vực TP Hồ Chí Minh Trong năm gần ảnh hưởng biến đổi khí hậu làm gia tăng tượng mưa cực đoan TP Hồ Chí Minh, diễn biến lượng mưa năm có biến động lớn năm Do báo nhằm mục đích đánh giá xu biến đổi lượng mưa năm TP Hồ Chí Minh giai đoạn 1980-2016 từ rút xu tăng hay giảm lượng mưa Ngoài báo sử dụng phương pháp đánh giá xu Sen [1, 2, 5, 6] thay sử dụng phương trình hồi quy tuyến tính kiểm định Mann-Kendall để đánh giá mức ý nghĩa thống kê [4] 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 phần tử chuỗi liệu, điều tránh giá trị cực đại cực tiểu cục chuỗi số liệu Nếu giả thiết có liệu theo chuỗi trình tự thời gian (x1, x2,…, xn) với xi biểu diễn số liệu thới điểm i thời điểm giá trị liệu thời điểm so sánh với giá trị toàn chuỗi thời gian Giá trị ban đầu thống kê Mann-Kendall, S (nghĩa khơng có xu thế) Nếu liệu thời điểm sau lớn giá trị liệu thời điểm trước đấy, S tăng thêm 1; ngược lại Xét chuỗi x1, x2, …, xn biểu diễn n điểm liệu xj giá trị liệu thời điểm j Khi số thống kê Mann-Kendall S [3] tính N N S sign( x j xi ) i j i Trong đó: ( (2.1) ){ (2.2) Giá trị: S > xu tăng, S < xu giảm Tuy nhiên cần phải tính tốn xác xuất kèm với S n để xác định mức ý nghĩa xu hướng Phương sai S tính theo cơng thức: ( ) ⌈ ( )( ) Trong g số nhóm có giá trị giống nhau, ∑ ( )⌉ số phần tử thuộc nhóm thứ p Giá trị chuẩn Z S tuân theo định luật phân phối chuẩn 576 )( (2.3) Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 ( ) (2.4) Z =0, S= ( ) (2.5) Z có phân phối chuẩn N (0,1) dùng để kiểm định chuỗi có xu hay khơng với mức ý nghĩa cho trước (trong nghiên cứu dùng ) b) Phương pháp xu Sen (Sen’s s ope) [1 2, 5, 6] Để xác định độ lớn xu chuỗi Q (độ dốc đường xu thế) ta dùng ước lượng Sen: Q median chuỗi n(n-1)/2 phần tử, Q= , - với i=1, 2,… n-1; j > i, (2.6) Q > chuối có xu tăng ngược lại 2.2 Số liệu sử dụng Số liệu sử dụng báo lượng mưa ngày trạm Tp Hồ Chí Minh từ 1980-2016 trừ trạm Nhà Bè từ 1992-2016 Tam Thơn Hiệp từ 1982-2016 Vị trí trạm thể hình Hình Vị trí trạm sử dụng KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH Đối với lượng mưa năm, báo sử dụng kiểm định Mann-Kendall để đánh giá mức độ tin cậy xu biến đổi lượng mưa năm 11 trạm Tp Hồ Chí Minh Kiểm định Mann-Kendall sử dụng với mức ý nghĩa thống kê (xác suất phạm sai lầm loại I không 10 %) Các trạm M-K test thỏa mãn mức ý nghĩa thống kê nghĩa đường xu đảm bảo mức độ tin cậy Kết 577 The fourth Scientific Conference - SEMREGG 2018 kiểm định thể bảng Bảng cho thấy xu biến đổi lượng mưa năm có xu tăng trị (số M-K test S > 0) 8/11 trạm (tốc độ tăng nhanh Cần Giờ tăng khoảng 17,1 mm/năm, tiếp đến Hóc Mơn mm/năm) xu giảm (S < 0) 3/11 trạm (tốc độ giảm mạnh Nhà Bè -6,9 mm/năm Thủ Đức - 4,1 mm/năm), thấy giai đoạn 1980-2016 lượng mưa năm TP Hồ Chí Minh có xu tăng Tuy nhiên trạm có xu tăng/giảm thỏa mãn ý nghĩa thống kê ( = 0,1) có trạm Cần Giờ (P_value = 0,003) Hóc Môn (P_value = 0,09) Bảng Kết kiểm định M-K xu biến đổi lượng mưa năm Tân Sơn Hịa Nhà Bè Cần Giờ Củ Chi Bình Chánh Cát Lái Lê Minh Xuân Tam Thôn Hiệp Thủ Đức Mạc Đĩnh Chi Hóc Mơn 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 S; Z - Giá trị chuẩn S; p.value - Mức ý nghĩa Hình Xu biến đổi lượng mưa năm trạm Cần Giờ 578 Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ - SEMREGG 2018 Hình thể xu biến đổi lượng mưa năm Cần Giờ, với kiểm định M-K test xu Sen, lượng mưa Cần Giờ có xu tăng với tốc độ tăng nhanh khoảng 17,1 mm/năm Giai đoạn trước năm 2000 lượng mưa năm Cần Giờ thấp chủ yếu thấp so với trung bình nhiều năm, ngoại trừ vài năm lượng mưa tăng cao đột biến (năm 1980, 1993, 1994) Giai đoạn sau năm 2000 lượng mưa năm chủ yếu cao so với trung bình nhiều năm Hình Xu biến đổi lượng mưa năm trạm Hóc Mơn Hình thể xu biến đổi lượng mưa năm Hóc Mơn, kết ước lượng Sen cho thấy lượng mưa năm trạm Hóc Mơn có xu hướng tăng với tốc độ mm/năm Lượng mưa trung bình nhiều năm Hóc Mơn vào khoảng 1500 mm, lượng mưa năm cao ghi nhận 2277 mm (năm 2016) thấp 500 mm (năm 1983) KẾT LUẬN Bài báo đánh giá xu biến đổi lượng mưa năm 11 trạm đo mưa Tp Hồ Chí Minh giai đoạn 1980-2016, dùng kiểm định phi tham số Mann-Kendall ước lượng xu Sen Kết kiểm định M-K cho thấy có trạm Cần Giờ Hóc Mơn thỏa mãn mức nghĩa thống kê ( = 0,1), với xu tăng tương ứng Cần Giờ 17,1 mm/năm, Hóc Mơn tăng mm/năm, trạm khác có xu hướng tăng/giảm nhiên phương trình xu khơng đảm bảo độ tin cậy Như thấy giai đoạn 1980-2016 lượng mưa năm TP Hồ Chí Minh có xu tăng TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Đức Thanh, Phan Văn Tân (2012) - Kiểm nghiệm phi tham số xu biến đổi số yếu tố khí tượng giai đoạn 1961-2007, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, 2012 Nguyễn Văn Tín (2017) - Đánh giá xu biến đổi lượng mưa thời đoạn lớn TP Hồ Chí Minh giai đoạn 1971-2016 kiểm định phi tham số Mann - Kendall, Tạp chí KTTV số 685, 11/2017 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 Kendall M G - Rank Correlation Methods, Charles Griffin, London, 272 pp, 1975 Sen P K - Estimates of the Regression Coefficient Based on Kendall’s Tau, Juornal of the American Statistical Association, 63(324), 1379-1389, 1968 Sen P K - Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s tau Journal of the American Statistical Association, (63):1379-1389 (1968) 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 Sub-Institute of hydrometeorology and climate change, 200 Ly Chinh Thang, District 3, Ho Chi Minh city 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 nonparametric 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 mm/year Key words: Climate change, trend, Mann-Kendall, Sen 580 ... mm (năm 2016) thấp 500 mm (năm 1983) KẾT LUẬN Bài báo đánh giá xu biến đổi lượng mưa năm 11 trạm đo mưa Tp Hồ Chí Minh giai đoạn 1980-2016, dùng kiểm định phi tham số Mann-Kendall ước lượng xu. .. đích đánh giá xu biến đổi lượng mưa năm TP Hồ Chí Minh giai đoạn 1980-2016 từ rút xu tăng hay giảm lượng mưa Ngoài báo sử dụng phương pháp đánh giá xu Sen [1, 2, 5, 6] thay sử dụng phương trình hồi... khí tượng giai đoạn 1961-2007, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, 2012 Nguyễn Văn Tín (2017) - Đánh giá xu biến đổi lượng mưa thời đoạn lớn TP Hồ Chí Minh giai đoạn 1971-2016 kiểm định phi tham số Mann -