PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ TRONG KHÍ HẬU ( Phan Văn Tân - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội ) - CHƯƠNG 7

CHƯƠNG 7. PHÂN TÍCH CHUỖI THỜI GIAN7.1 CẤU TRÚC CHUỖI THỜI GIANChuỗi thời gian là chuỗi số liệu được sắp xếp theo trình tự thời gian. Phân tích chuỗi thời gian là nghiên cứu cấu trúc bên trong của chuỗi với mục đích tìm kiếm và phát hiện những qui luật biến đổi theo thời gian. Nói chung các chuỗi thời gian thường ẩn chứa nhiều thành phần khác nhau. Đối với các quá trình khí tượng, khí hậu chuỗi thời gian thường chứa đựng các thành phần sau đây: Dao động ngẫu nhiên: Là những biến đổi thăng giáng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ TRONG KHÍ HẬU ( Phan Văn Tân - NXB Đại học Quốc gia Hà Nội ) - CHƯƠNG 7 CHƯƠNG 7. PHÂN TÍCH CHUỖI THỜI GIAN7.1 CẤU TRÚC CHUỖI THỜI GIAN Chuỗi thời gian là chuỗi số liệu được sắp xếp theo trình tự thời gian. Phântích chuỗi thời gian là nghiên cứu cấu trúc bên trong của chuỗi với mục đích tìmkiếm và phát hiện những qui luật biến đổi theo thời gian. Nói chung các chuỗithời gian thường ẩn chứa nhiều thành phần khác nhau. Đối với các quá trình khítượng, khí hậu chuỗi thời gian thường chứa đựng các thành phần sau đây: Dao động ngẫu nhiên: Là những biến đổi thăng giáng không phụ thuộc vào thời gian của các thành phần trong chuỗi Nhiễu động: Là những biến đổi bất thường mang tính ngẫu nhiên, tuy vậy giữa chúng vẫn tồn tại những mối quan hệ nào đó và chúng có thể xuất hiện sau những khoảng thời gian nhất định Dao động tuần hoàn: Là những biến đổi biểu hiện tính chất thẳng giáng có nhịp điệu đều đặn, vì vậy người ta còn gọi đó là thành phần dao động nhịp điệu Dao động có chu kỳ: Là những dao động biến đổi có tính lặp lại tương đối thường xuyên sau những khoảng thời gian khá đều đặn Thành phần xu thế: Biểu hiện xu hướng tăng hoặc giảm theo thời gian của các thành phần trong chuỗi Trong thực tế nghiên cứu người ta thường đồng nhất thành phần dao độngngẫu nhiên với thành phần nhiễu động và thành phần tuần hoàn với thành phầndao động có chu kỳ, mặc dù sự đồng nhất này chắc chắn không thoả đáng. Tuynhiên, có sự phân biệt đáng kể giữa khái niệm chuỗi thời gian trong khí tượng vàchuỗi thời gian trong khí hậu. Theo quan điểm khí tượng, hai trị số kế cận trongchuỗi thời gian có thể cách nhau một giờ, một kỳ quan trắc (3 hoặc 6 giờ), một 206ngày, một tháng và thậm chí dưới một giờ, nhưng không nhất thiết phải là mộtnăm. Vì vậy, có thể xem chuỗi thời gian trong khí tượng bao gồm các thànhphần: Dao động tuần hoàn ngày, tức là những biến đổi theo chu kỳ ngày Dao động tuần hoàn năm, tức là những biến đổi theo chu kỳ năm Xu thế dài năm Chu kỳ dài năm Dao động ngẫu nhiên Còn cơ cấu chuỗi thời gian trong khí hậu chỉ chứa 3 thành phần cơ bản: Xu thế dài năm Chu kỳ dài năm Thành phần ngẫu nhiên1) Xu thế dài năm: Minh hoạ về xu thế dài năm được dẫn ra trên hình 7.1. Đó là những biến đổi của chuỗi số liệu có tính chất đơn điệu và tương đối thường xuyên. Tốc độ biến đổi của chuỗi gần như đồng đều. Các trị số của chuỗi có xu thế tăng dần hoặc giảm dần đến giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất. Tuy vậy không nhất thiết đó là xu thế tuyến tính.2) Chu kỳ dài năm: Chu kỳ dài năm là những biến đổi của chuỗi mang tính chất lặp lại giá trị sau những khoảng thời gian nhất định nào đó (hình 7.2). Mối tương quan giữa các thành phần trong chuỗi thường đạt trị số lớn nhất khi xét tới hai thành phần cách nhau một số năm xấp xỉ với độ dài chu kỳ.3) Dao động ngẫu nhiên: Hình 7.3 minh hoạ về tính dao động ngẫu nhiên của chuỗi. Đó là những biến đổi thường xuyên không ổn định. Dấu chuẩn sai của một vài thành phần kế cận thường khác nhau. Biên độ động thường không quá lớn và nói chung xoay quanh giá trị trung bình. Bởi vậy giá trị trung bình được coi là chuẩn mực thăng bằng của các dao động ngẫu nhiên. Trong thực tế các chuỗi thường tồn tại kết hợp hai (hình 7.4, 7.5) hoặc ba(hình 7.6) thành phần nói trên, trong đó thành phần ngẫu nhiên luôn xuất hiện. 207 Nội dung bài toán phân tích chuỗi thời gian bao gồm hai vấn đề chính làphân tích xu thế và phân tích chu kỳ. Đó cũng là những nội dung cơ bản của bàitoán nghiên cứu biến đổi khí hậu mà ta có thể nêu lên dưới dạng bài toán sau: x t Hình 7.1 Biến đổi xu thế dài năm Hình 7.2 Biến đổi chu kỳ dài năm a) Xu thế tăng; b) Xu thế giảm x x t t Hình 7.4 Kết hợp xu thế và ngẫu nhiên Hình 7.3 Dao động ngẫu nhiên x x t t Hình 7.5 Kết hợp chu kỳ và ngẫu nhiên Hình 7.6 Kết hợp cả 3 thành phần Cho chuỗi thời gian {xt,t=1..n} của đặc trưng yếu tố khi hậu nào đó. Trên 208cơ sở phân tích cấu trúc thống kê của chuỗi hãy xác địng xu thế biến đổi dài nămvà tính dao động có chu kỳ của đặc trưng yếu tố đó. Tuy nhiên, như đã thấy, chuỗi thời gian luôn luôn chứa đựng thành phầnda ...