Tính chu kỳ và tương quan giữa lượng mưa và độ kéo dài của thời kỳ gió mùa mùa hè trên lãnh thổ Việt Nam

Tuy nhien, v6i muc lieu xac dinh ca sa cho cac du bao dai han chung toi da khao sat cac kha nang diing linh chu ky ciia chuoi luOng miTa thang va nam bang cac phuang phap tfnh ham tu lua

DAI HOC QUOC GIA HA NOI

T R U O N G DAI HOC KHOA HOC TlTNHIEN

KHOA KHI TCONG THUY VAN VA HAI DUONG HOC

BAO CAO

TINH CHU KY VA Tl/ONG QUAN

• •

CUA TUdl KY GIO MUA MUA HE

TREN LANH THO VIET NAM

MA SO: QT 98-13

Chu tri : TS Nguydn Hirofng Dien

GVC Trail Cong Minh

M6DAU

D6i v6i mien nhiet d6i nai c6 nen nhiet do cao quanh nam yeu to nhiet duac bao dam tot thi mUa la yeu to quan Irong nhal chi phoi cac boat dong san xuat nong nghiep Mua qua nhieu gay ra ung lul lam dao Ion moi hoat dong xa hoi nhu cuoi nam 1999 Chfnh vi vay trong nghiep vu du bao dai han cung nhu ngan han thi du bao luong mua bao gid cung chiem vi tri hang ddu

Tfnh chu ky ciia cac yeu to khf tuong la mot trong nhirng ca sa de dinh hudng trong viee xay dung phuang phap du bao dai han Neu chu6i so lieu mua c6 tfnh chu ky ihi c6 the lap cac phuang trinh hoi quy tuyen linh cho du bao luong mua v6i cac han khac nhau Ti^ kel qua cua nghien ciJu

ve do bien dong ciia luang mua chiing toi c6 the ihay luang mua ihang va nam tren lanh iho Viet Nam bien dong rat Icfn, he so bien dong ciia luang mua ihang miia ft mua va khu vuc Bac Trung Bo (Hue') c6 the tdi 200- 400% Tuy nhien, v6i muc lieu xac dinh ca sa cho cac du bao dai han chung toi da khao sat cac kha nang diing linh chu ky ciia chuoi luOng miTa thang va nam bang cac phuang phap tfnh ham tu luang quan, phuang phap pho phuang sai va ham pho entropy cue dai de xac dinh cac chu ky co the CO trong chuoi thcfi gian Tren ca sa xac dinh lh5i gian keo dai miia gio miia lay nam chung toi da Ihu nghiem xac dinh luang quan giua do keo dai ciia no v6i long luong mua nam a mot so tram Nam Bo Cac kel qua duoc trinh bay trong noi dung bao cao cua de tai

Thuc hien de tai chiing loi da duac sir h6 Ira ral Ian ciia Dai hoc Quoc gia, Tiirdng Dai Hoc Khoa hoc lu nhien va Khoa Khi luang Thuy van

va Hai Ducyng hoc

Chung toi xin chan thanh cam on

VI vay trong cong trinh nay phuang phap thong ke loan hoc se duac sir dung nhu la mot cong cu chfnh de nghien ciJu tfnh dao dong c6 chu ky cua yeu to khf hau luong mua tren co so nguon so lieu hien co ciia cac tram tren lanh tho Viet Nam

1.1 NGUON SO LIEU

Chiing toi da lien hanh tfnh loan de xac dinh tfnh chu ky cho chu6i luong mua 12 ihang va nam cho 24 tram khf luong co do dai chu6i tren 60 nam rai deu Iren lanh iho Viet Nam Cac tram nay co so lieu kha deu Trong tinicmg hop ihieu so lieu chiing loi da la'y gia Iri trung binh nhieu nam

de bo xung So tram day dai nam da duoc liet ke trong bang 1

BANG 1 CAC TRAM CO SO LIEU LUONG MUA THANG VA NAM

DUNG TRONG TINH TOAN TINH CHU KY

VTD6

22 "29' 2L'42' 21° 49'

Kinh do

103"57' 104°5r 105"! 2'

Do cao

99

50

42

NB FK2 VTl

SG TGI HGl HG2 KG3

21° 50' 21° 19'

2 1 ° 0 1 ' 21° 17'

2 1 ° 0 1 ' 20° 48' 20° 26' 19° 49' 18°40' 17°28' 16°24' 16° 02' 15°08' 13°46' 12° 15' 10° 20' 10° 49'

io°2r

10° 02' 09° 36' 10°29'

106°45' 107°24' 107°03' 106°12' 105°51' 106°38' 106"10' 105°46' 105°40' 106°37' 107°'"

107°41' 108°47' 109°13' 109°12' 103°57' 108"40' 106°23' 105"47' 105"58' 105°05'

1.2 CAC PHUDNG PHAP TINH vA KET QUA TINH TOAN

V2T Phuang phap khao sat ham tu tuong quan va ket qua tinh

toan

Chiing toi da lien hanh tfnh ham tu luong quan cho chuoi luang mira

12 Ihang va nam cho 24 tram khf luong co do dai chu6i tren 60 nam rai deu tren lanh tho Viet Nam

Khao sal tfnh ham tu tuong quan la mot trong nhirng phuang phap

Ihuctng duoc diing trong nghien cvtn tfnh chu ky ciia chu6i thai gian

Ham tu iuc:^g quan chuan hoa ciia qua trinh dimg egodic thu5ng

0 day X, a^, X2, C2 trung binh va do lech chuan cua mtu tuong iJng,

v6i cac thanh ph^n thir nhat den thanh phan thuf (n-k) cua chu6i va tir k den

n thanh phdn chu6i

He so r^i^j co gia tri dao dong trong khoang ±1

Ham tu tuong quan cho biet mirc do quan he cua gia In trong chu6i v6i gia tri truofc do tuong ling v6i bucfc tri k Ham nay dac trung cho cau triic va dong luc phat trien cua qua Irinh theo th5i gian Neu trong chuoi ban dau co tfnh chu ky nhung kho phat hien do nhieu ngSu nhien thi chiing

CO the duoc phat hien qua ket qua phan Ifch ham tu tuong quan

Sau khi tfnh chung toi nhan duoc hon 7000 tri so r^j.^ v6i miic y nghia 0,95 Trong phu luc la 122 trang in ket qua tfnh loan cac he so tu tuc^g quan doi v6i lugfng mUa thang va nam ciia 24 tram theo ky hieu tram duoc ghi tren bang 1 Tren bang 2 va 3 la hai bang kel qua tfnh ham tu tuong quan bang phan mem STATGRAPHICS cho luong mua thang 7 tram

Da Nang va luong mua thang 1 tram hai tram Soc Trang

BANG 2 HE SO Tl/TUDNG QUAN CLJA CHUOl LUONG MUA THANG 7

Stnd.Error

.13131 16962 17964 18219 18525 18692 19080 19601 19778 19842 19938 19974

Stnd.Error

.13607 17121 18172 18519 18685 19077 19528 19771 19823 19872 19964 19975

Tren bang liel ke kel qua uoc luong he so luong quan va cac buoc

truot trong khi linh Doi \6\ m6i luOng mUa thang va n a m ciia tiing tram deu tfnh gia In u6c luc;fng va sai so chuan ciia dai luang r^^^^,

BANG 3 HE SO TVTirONG QUAN CUA CHUOI LUONG MUA THANG 1

Stnd.Error

.11111 11809 12119 12563 12855 13233 13835 13946 13999 14392 15932

Stnd.Error 11113 12095 12480 12694 13165 13673 13869 13955 14390 15922 15932

Tir long so truofng hop duoc linh chiing loi chon thong ke cac imang

hop trong khf tuong cho la co xu the tuong quan (khi r^.) > 0.2) Va Irong

t6ng so inrcmg hop nhan duoc lai phan loai theo cac cap co he so tuong

quan Icfn hon va sap xep theo cac cap : r^^j = 0.3- 0.4 va r^,.^ >0.4

Tan suat cac irudng hop co gia tri rjj.^ > 0,2 theo ihang duoc liel ke

Ta thay Irong long so 7.000 imcfng hop duoc phan lich chi co hon

200 tru5ng hc^ c6 gia tri i;^, > 0,2 ( duoi 3%) Trong long so hon 200

tru5ng hop do co 33 Irucfng hop r^j^^ = 0.3 - 0.4 Hon 97% cac inicfng hop con lai co r(^,j < 0.2 coi nhu la cac gia Iri ngau nhien Chi co 7 Iruong hop

^{k) ^ ^-4 nhu tren bang 4 Cac ly le nay la rat nho chiing to sir bien dong ral

Icfn khong co chu ky chiem Uu the trong noi bo chuoi so lieu mua ihanu va

nam Chiing toi da loc ra duoc mot so trudng hop co he so tuong quan \dn

nhat r(K^ > 0.4 trong chu6i v6i i^^, > 0.4 nhu liel kc tren bang 5

BANG 5 XU THE CHU KY TAI CAC TRAM CO HE SO TUONG QUAN r^^, > 0,4

Tram

Hon Gai Phil Lien

Da N£ng Soc Trang Hon Gai

My Tho Quy Nhon

Thang

V

IV VII

Nhu vay la ket qua khao sal bang ham tu tuong quan cho iha'y:

- He so tuong quan ral nho chiing to moi lien quan noi tai giiJa cac thanh phan trong chu6i luong mua thang va nam rat yeu, nen kha nang sir dung tfnh chu ky de du bao dai luong mua thang va nam la ra'l han che Dieu kel luan nay phii hop v6i nhan dinh cua Riehl [6] va Nguyfin Diic NgiJ Nguyen Trong Hieu [4]

- Chi trong mot so tiirdng hop nhu liel ke trong bang 2 la co xu the chu ky ro ret co the ihu nghiem cac phuong phap du bao theo tfnh chu ky Cac chu ky duoc phat hien ihco phuang phap ham lu luang quan la 2, 3, 6,

7 va 19 nam v6i he so tuong quan xap xi 0.5

1.2 Phuong phap pho nang lugng (hay pho phuang sai ) va ket qua tinh toan

Cac qua Irinh khf quyen duoc xem la kel qua ciia sir chong chat ciia nhieu dao dong co chu ky, tan so va buoc song khac nhau Mot qua trinh ngau nhien diing X(l) xac dinh trong khoang [-T,T] co the duoc bieu dien

dudi dang chu6i v6 han ciia cac dao dong dieu hoa vai tan so co^ = —

T khac nhau v6i bien do ngiu nhien X,^:

7

X(t)=ZXé'"'' (1-2)

Qua trinh nglu nhien nay se duoc xem la co ky vong loan hoc bang

khong (m^=o) neu gia thiet nay khong thoa man co the xel qua trinh ngau

nhien quy tarn

Khi X(t) la mot qua trinh ngiu nhien dimg thi co the bieu di6n ham

tuong quan du6i dang:

ỉ.(T)=zM^.^;lé"" = ZẤ"" (1-3)

/:=-a-V6i M[Xj^Xi^*] = Dj, la phuong sai cua qua trinh ngau nhien X(t)

Doi vdi qua trinh ngiu nhien dimg Phan bo phuong sai D^ cua bien

do ngau nhien theo Ian so co,^duac goi la pho ciia qua Irinh ngau nhien

naỵ Khi do qua trinh ngau nhien (1.2) duoc goi la qua trinh ngau nhien

Cong thiic (1.4) chi ra rang phuong sai ciia ham ngiu nhien bang

long cac gia Iri pho trong mien xac dinh ciia no Vi the ma phuong phap

phan Ifch pho nay thudng dugfc goi la pho phuong sai

Trong cac bai loan khf tuong , khf hau , thong thucmg nguoi ta chi

quan lam toi cac qua trinh thuc Qua Irinh ngiu nhien la ihuc neu nhu

ling v6i moi k Irong long (1.2) la mot cap lien hop phiic Xj.e"''' va

X;^e"'^'^^khid6:

X ( t ) = i ( x K e - ' ' ' + X K e - " " " ' (1.5)

K=0

s

Sau phep bien d6i ta nhan duoc ham ngSu nhien thuc dang

00

X(t)= ZlAK^oscOi^t + B^sincoj^t) (1.6)

K=0

CJ day Aj^va B^ la cac dai luong nglu nhien thuc co ky vong toan hoc

bang kh6ng,con X(t) la chu6i chiia long cac hang tu co sin va cosin ciia

Ian so tuong ling Khi do ham tuong quan (1.3) viel lai la:

ỉ.(^)=ZDkr^^+e-^>^^J=ZdkCoscôx (1.7)

Co the noi rang khong phai moi qua trinh dimg deu co pho rdi rac

Nhung CO the chiing minh rang bál ky qua Irinh dimg nao ciing co the

duoc bieu di^n nhU la gidi han ciia chu6i cac qua trinh co pho r5i rac

dang (1.2) khi do

X

X(t)= Je""McD(a)) (1.8)

- X

Trong do O((o) la ham ciia tan so co va trong viing tan so AcO|^= (D^

-cộj gia so ciia no AO((0i,) =O(c0j^) - cD(co,^.i) b^r^g tong cac bien do ngau

nhien X^ trong viing naỵ

Bieu di^n qua trinh ngSu nhien diing X(t) dudi dang lich phan (1.8)

goi la phep phan Ifch pho cua X(t)

Doi v6i qua Irinh ngiu nhien dimg (1.2) ham luang quan duac xac

dinh boi (1.3) Cong ihiic nay bieu di^n ham khong ngSu nhien RX(T)

dudi dang chuoi Fourier Khi do qua trinh X(l) dang (1.2) bien ihien

trong khoang |-T,T1 cua doi so I ihi khoang bien ihien ciia i =l2-ti se la

[-2T,2T| Nhu vay he so D^ la cac he so Fourier duoc xac dinh nhu sau:

Dk=:;!r JR.(T).e-'"-MT (1.9)

VOl (OK =

K 2T Nhu vay (1.3) duoc viel lai la:

Dieu nay chung to ring S/(CL)^) la mat do trung binh cua phuong sai

trong khoang Acộ

Tir (1.13) va (1.10) ham tuong quan se duoc xac dinh:

(1.12) chuydn qua gidi han duoc viel:

S^(o)) = — fR,(T)e di (1.16)

Ham Sx(co) duoc xac dinh bdi (1T6) bieu dien mat do phuong sai

cua ham ngau nhien X(t) ling vdi tan so cho tiurdc va duoc goi la mal 60

ph6 cua ham ngiu nhien diing X(t) Mat do ph6 la ham khong am cua tan

so

Cong thiic (1T5) va (1.16) chiing to ham tuong quan R^(T) va mat

do ph6 S^(co) la bien d6i Fourier ciia nhau Do do bien doi Fourier ham

tuong quan cua qua trinh ngau nhien diing cung la ham khong am tren ca

mien gia tri tan so co

Doi vdi qua trinh ngiu nhien thuc ihi ham mat do pho S^(co) la ham

chan, con tfnh thuc ciia no duoc suy ra lir tfnh ihuc ciia ham lUOng quan

Do tfnh chan cua R^(T) va S^(co) vdi mot qua trinh ngau nhien thuc cd the

tuong quan Nhung theo cong thiic nay ham mat do pho ciia qua Irinh

ngau nhien dimg, S^((o) la bien doi Fourier ciia ham tuong quan R;,(T) va

cd the duoc xac dinh theo cong thiic (1.16)

Trong thuc le, vice nghien ciiu chuoi Ihdi gian {X,, t = l n) cd the

duoc xem nhu la xel qua trinh ngau nhien X(l) tren mot the hien quan sal

duoc X(l) ciia nd lai n lai cai khac nhau Ham luofng quan ihuc nghiem

R^(i) tfnh duoc lir chuoi {XJ la udc luong ciia ham tuong quan ihuc

duoc goi la do dich chuyen cue dai (hay con goi la diem cat) cua ham

11

tuong quan Bdi vay de danh gia sai so khi sii dung R ^ ( T ) thay

choR^(r) , ngudi ta dua vao ham cua s6 X(T) trong bieu thiic tfnh pho

y nghia cua X{x) la d ch6, nd cd mot chiic nang lam Iron ham tuong

quan thuc nghiem va hop ly hoa Ifch phan tren khoang hiru han thay cho tfch phan tren khoang v6 han trong cac bieu thiic tfnh pho

Do chfnh xac cac ham mat do pho thuc nghiem phu thuoc nhieu vao viec chon ham ciia so NhUng dang ham cua so lai phu thuoc vao dang ham tuong quan thuc nghiem [6], tiic la khong cd mot dang ham cua sd nao chung cho la't ca cac dang ham tuong quan Vi the da cd nhieu lac gia khac nhau dua ra cac dang ham ciia so rieng biet khong gidng nhau Hai trong nhiing ham duoc ling dung nhieu trong khf tuong khf hau la ham Hamming:

12

B A N G 6 KET QUA TINH CHU KY THEO PHUONG PHAP PHO PHUONG SAI

IV

I

Chu ky(nam)

3.7; 6.7; 15.6 2.2; 6.7; 15.6 3.1; 18.0 2.4; 22.0

Ket qua tfnh cho thay tuy doi vdi cac tram tir bac vao nam chu ky cho luong mua thang la gan 2; 3; 7; 15; 18; 22 nam

1.2,3 Phuang phap pho Entropy cue dai va ket qua tinh toan

Day la mot phuong phap cho phep udc luong pho lien mot dai Ian

sd ba'l ky, chfnh vi vay ngUdi ta con goi la mo hinh lai ca cac cue (all poler model) hoac mo hinh tu hoi quy (AR- Auloregressive model)

-Xel the hien x(l) cua qua Irinh X(l) Khi dd long nang luong ciia qua Irinh duoc xac dinh bdi:

15

H(f)= jx(t)ế^"dt

r (1-23) x(t)= JH(f)e-'^Mf

- X

Cd the hinh dung H(f) nhu la mot bien do dao dong dieu hoa img

vdi tan sd dai f Giua t^n sd gdc va tan sd dai lien he vdi nhau bdi he thiJc

CO = 2nf He thúc(1.22) bieu dien sir phan bd nang luong cua qua trinh

phan bd thep tan sd Sir phan bd nay phan anh cau triic ben trong ciia qua

trinh, Van de d ch6 ta can xac dinh duoc " cd bao nhieu nang luong ciia

qua tiinh chiJa trong khoang tan sd ti^ f den f+df "

Trong thuc le ngudi la thudng chi xel mien bien doi cua tan sd f la

nhiJng gia tri duong, mat khac gia Iri ciia H(f) tren mien tan sd am va tan

sd duong cung khong khac nhau, nen thay cho H(l), ngUdi ta sir dung

ham:

S(0=|H(f)|' = | H ( - f ) | ' , 0 < f < a ^

va duoc gc)i la pho nang luong cua qua Irlnh

Neu the hien x(t) duoc cho tai n diem l^, i = l n: x, = x(l,) vdi I, =

iAx, khi đ lai cac diem tan sd rdi rac ^ = k/nAi, k = 0,1,2, bieu

Neu AT = 1 (don vi ihdi gian), tir (1.24) la co cong thuc bien doi

ngiroc Fourier roi rac de nhan cac gia tri ciia chu6i ban dau:

1 " - - - k t

nk=i ^ '

18

Va dinh ly Parseval cd the duoc viel lai dang:

n ^ 1 n I|x.| =-Z|H(fk)|

t=l H k ^ l

(1.26)

Neu X(t) dimg cd ky vong bang 0 thi khi chia ve Irai cua (1.26) cho

n ta nhan duoc Udc luong phuong sai cua qua trinh Nhu vay cd the hieu pho phuong sai nhu la ham bieu thi su phan bd nang lugng trung binh cua qua trinh theo tan sd, trong khi pho nang lugng xel sir phan bd cua long nang lugngcua qua trinh Tren co sd ciia bieu thirc (1.26) ta cd the sir dung phuong phap bien doi Fourier nhanh (FFT) de tfnh mat do pho cua qua trinh Tuy nhien, mac du phuong phap FFT cho phep tfnh loan nhanh, nd van chiia dung nhiing han che nhat dinh Ta cd the su dung phucmg phap Entropy cue dai de thuc hien phep tfnh tren

Ky hieu tan so Nyquisl la f^., la cd:

cac tan sd t\ chi nhan gia tri tren doan [-f^; 1"^] Neu ta thue hien

phep bien doi:

S(f) I

m/2 k=-ni 2

tu lucmg quan Tren thuc le ngudi ta thudng chon m nho hon n nhieu

Ket qua xac dinh chu ky theo phuong phap pho entropy cue dai dugc bieu dien tren bang 7

20

BANG 7 CHU KY (NAM) CUA LUONG MUA THANG TAI MOT SO TRAM KHI TUONG TREN LANH THO VIET NAM

SG PKl

Chu ky I (nam)

2.03 1.98 2.03 2.03 2.03 2.03 2.03 2.03 2.0 2.03 2.03 2.03 2.03 2.03 1.98 1.98 1.98

Chu ky

II

(nam)

3.04 3.04 3.04 2.94 3.04 3.04 3.04 3.04

3.0 3.04 3.04 4.06 3.04 3.04

Chu ky III (nam)

4.06 5.01 5.01

5.01

5.01 5.0 5.0

4.06 5.01 5.01

Chu ky

IV

(nam)

17.04 17.06 17.06 17.1

17.06 17.06 17.06 17.06 17.0 17.06 17.06

Viec xac dinh chu ky dugc lien hanh cho loan bo sd lieu long lugng mua thang cho limg tram Do chuong trinh tfnh [8J da lam noi bat tfnh chu

ky trong chudi sd lieu nen tren cac hinh lir 1- den 7 la cd the thay ro cac chu ky tren cac dd thi ham mat do pho lugng mua cho mot sd tram (hinh 5- 18) Tren cac dd thi la thay hien ro cac chu ky cd mat do pho nang lugng Idn

Ket qua cho thay cd 2 chu ky gan nhu ihdng nhat cho lai ca cac tram:

dd la chu ky 2 nam va 3 nam (Thanh Hoa va T.P Hd Chf Minh khong cd chu ky nay) Chfn trong 13 tram cd chu ky 4-5 nam, mot nua sd tram cd chu ky 17 nam Cac chu ky nay the hien ro tren cac dd thi ham mat do pho enlropy cue dai Mgl dac diem nua la cac chu ky tim thay deu gan nhu Iron nam va cd the coi sir lech khdi "iron nam" la do sai sd Irong sd lieu va ifnh loan gay ra

21

OH

on

22

X

^ ^

'X

26

X

"x

owcr spe< of DATA

0.00849 0.088963

0.096174 ^

0.164117

0.12761 4 1.161676

owcr sffCi of DATA

Power spec of DATA