ĐÁNH GIÁ XU THẾ BIẾN ĐỔI CỦA LƯỢNG MƯA THỜI ĐOẠN LỚN NHẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH GIAI ĐOẠN 1971 - 2016 BẰNG KIỂM ĐỊNH PHI THAM SỐ MANN-KENDALL

NGUYỄN VĂN TÍN 
Tạp chí KTTV 11-2017

1.      Đặt vấn đề

            Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, khí hậu hàng năm ở Nam Bộ nói chung và ở Tp. Hồ Chí Minh nói riêng có hai mùa rõ rệt: Mùa khô và mùa mưa, 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 V đến tháng XI hàng năm, với tỷ trọng lượng mưa chiếm khoảng từ 80% đến 90% tổng lượng mưa cả năm.

            Các sự kiện mưa lớn trong thời gian ngắn đã xảy ra trên khu vực thành phố Hồ Chí Minh với tần suất và cường độ ngày một lớn. Những sự kiện này, mỗi khi xảy ra, thường gây ra ngập úng nghiêm trọng trên địa bàn thành phố, tác động rất lớn đến kinh tế xã hội. Đặc biệt, tính bất ngờ của những trận mưa lớn này là nguyên nhân chính dẫn đến những tai nạn không mong muốn đối với người dân trong khu vực. Có thể thống kê một số trận mưa lớn gây ngập úng nghiêm trọng trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh gây thiệt hại to lớn về người và tài sản trong trong thời gian gần đây như: Trận mưa lớn ngày 30/4/2014 trên khu vực thành phố Hồ Chí Minh đã gây nên những hậu quả nghiêm trọng, ảnh hưởng rất lớn đến đời sống người dân cũng như kinh tế xã hội; Trận mưa lớn xảy ra vào chiều tối ngày 15/9/2015 với tổng lượng mưa trên 130mm, gây ngập úng nghiêm trọng làm giao thông trên khu vực rối loạn; Trận mưa lớn kèm theo gió mạnh bất ngờ xảy ra vào ngày 27/6/2016 đã làm đổ nhiều cây xanh, đe dọa trực tiếp đến tính mạng của những người tham gia giao thông, gây ngập úng cục bộ đã cuốn trôi các phương tiện giao thông xuống các cống thoát nước hay hố ga; Trận mưa lớn xảy ra ngày 26/9/2016 kéo dài trong khoảng gần 2 tiếng với tổng lượng mưa từ 100 đến trên 200mm gây ngập úng tại 59 điểm trong thành phố Hồ Chí Minh, trong đó có cả sân bay Tân Sơn Nhất, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến kinh tế - xã hội đặc biệt là ngành hàng không, nhấn chìm nhiều phương tiện giao thông [6].

Do vậy bài báo này nhằm mục đích đánh giá xu thế biến đổi của lượng mưa thời đoạn lớn nhất tại TP. Hồ Chí Minh từ đó rút ra được xu thế tăng hay giảm của lượng mưa các thời đoạn. Ngoài ra bài báo cũng sử dụng phương pháp đánh giá xu thế Sen [1, 4,5] thay vì sử dụng phương trình hồi quy tuyến tính, và kiểm định Mann-Kendall để đánh giá mức ý nghĩa thống kê [3].

2.      Phương pháp nghiên cứu và số liệu sử dụng

2.1. Phương pháp nghiên cứu

a)      Phương pháp xu thế Sen (Sen’s slope)

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.

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 quan trắc theo thời đoạn lớn nhất tại trạm Tân Sơn Hòa từ năm 1971 -2016. Các thời đoạn dùng để tính toán bao gồm; 15’, 30’, 45’, 60’ 90’ 120’ 180’.

1. Kết quả và phân tích

Kết quả kiểm định Mann-Kendall xu thế lượng mưa thời đoạn lớn nhất tại trạm Tân Sơn Hòa được thể hiện ở Bảng 1

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

Bảng 1 cho thấy kết quả kiểm định Mann-Kendall cho giá trị S >0 ở tất cả các lượng mưa thời đoạn, điều này chứng tỏ lượng thời đoạn lớn nhất có xu hướng tăng. Tuy nhiên xét về mặt ý nghĩa thống kê M-K test chỉ có ý nghĩa với xu thế của lượng mưa thời đoạn 15’ và 30’ ( =0,1), các thời đoạn khác M-K test có xu hướng tăng tuy nhiên lại không thỏa mãn mức ý nghĩa  = 0,1.

Với mức ý nghĩa  = 0,1 ượng mưa thời đoạn 15’ và 30’ có xu hướng tăng với trị số S lần lượt là; 249 và 130. Trị số độ lệch chuẩn Var(S) và giá trị chuẩn Z ứng với lượng mưa thời đoạn 15’ là; 105,6 và 2,349, với lượng mựa thời đoạn 30’ là;  105,6 và 1,22.

Để thấy rõ xu thế tăng của lượng mưa 15’ và 30’ lớn nhất ta dùng ước lượng Sen

Hình 1. Xu thế biến đổi của lượng mưa 15 phút lớn nhất

Hình 1 cho thấy xu thế biến đổi của lượng  mưa 15 phút lớn nhất tại Tân Sơn Hòa giai đoạn 1980-2016. Kết quả cho thấy xu hướng tăng với tốc độ 1,84mm/ thập kỷ, lượng mưa thời đoạn lớn nhất giai đoạn này là 48mm (năm 2000), thấp nhất là 19,4mm (năm 1989), chênh lệch lượng mưa 15’ lớn nhất giữa năm cao nhất là 28,6mm. Ngoài ra có thể thấy trong 10 năm gần đây lượng mưa 15’ lớn nhất chủ yếu cao hơn trung bình nhiều năm và phổ biến trên 35mm/ 15 phút, đây cũng chính là nguyên nhân gây ngập nặng cho TP. Hồ Chí Minh trong thời gian gần đây.

Hình 2. Xu thế biến đổi của lượng mưa 30 phút lớn nhất

Xu thế biến đổi (xu thế Sen) của lượng mưa 30 phút lớn nhất thể hiện trên hình 2, kết quả cho thấy xu thế tăng khoảng 1,56mm/ thập kỷ, như vậy có thể thấy tốc độ xu thế biến đổi của lượng mưa lớn nhất 30 phút thấp hơn so với 15 phút. Lượng mưa thời đoạn lớn nhất giai đoạn này là 85mm/30 phút (năm 1994), tiếp đến là năm 2016 lượng mưa 30’ đạt 75mm.

Kết luận

Bài báo đã đánh giá xu thế biến đổi của lượng mưa thời đoạn lớn nhất; 15’, 30’, 45’, 60’, 90’, 120’, 180’ tại trạm Tân Sơn Hòa 1971-2016, dùng phương pháp Mann-Kendall và ước lượng xu thế Sen. Kết quả cho thấy xu thế biến đổi của lượng mưa thời đoạn lớn nhất ở Tân Sơn Hòa đều có xu hướng tăng, tốc độ tăng nhanh nhất là 1,84mm/10 năm (lượng mưa 15’) tiếp đến là lượng mua 180’ tăng1,83mm/ 10 năm. Tuy nhiên các kết quả được đánh giá dựa trên quá trình phân tích thống kê ở mức ý nghĩa α <0,1 cho thấy xu thế lượng mưa các thời đoạn 15’ và 30’ đảm bảo ý nghĩa thống kê với tốc độ tăng tương ứng là; 1,84mm/ 10 năm và 1,56mm/10 năm.  Như vậy có thể thấy rằng xu thế tăng của lượng mưa thời đoạn lớn nhất ở TP. Hồ Chí Minh hiện nay là khá rõ rệt, đó là nguyên nhân gây ra những đợt ngập ở thành phố.

Tài liệu tham khảo

 [1]. Ngô Đức Thành, 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,  Khoa  học  Tự  Nhiên  và  Công  nghệ (2012). 

[2]. H amed, K.H., Rao, A.R. A modified Mann- Kendall trend test for autocorrelated data. Journal of Hydrology, 204: 182–196 (1998).

[3]. Kendall, M.G., Rank Correlation Methods, Charles Griffin, London, 272 pp, 1975.

[4]. Sen, P.K., Estimates of the Regression Coefficient Based on Kendall’s Tau, Juornal of  the American Statistical Association, 63(324), 1379-1389, 1968.

[5]. Sen, P.K. Estimates of the regression coefficient based on Kendall’s tau. Journal of the American Statistical Association, (63):1379-1389 (1968).

[6]. http://www.ttcn.hochiminhcity.gov.vn/.

Non-parametric Mann-Kendall test for trend detection of maximum short period rainnfal data in Ho Chi Minh city from 1971-2016

Astract: This paper annalysis tend of short period rainnfal data as: 15’, 30’, 45’, 60’, 90’, 120’, 180’ at Tan Son Hoa station from 1971-2016, with apply non-parametric Mann-Kendall test and Sen’s slope method. The results show that the precipitation  of 15' and 30' periods ensures statistical significance (α =0.1) and tend to increase; 1,84mm/decade (with 15’) and 1,56mm/decade (with 30’). The rainfall of 45 ', 60', 90', 120', 180' have trend to increase but it is not statistically significant (α = 0.1).