1. Trends for major ions at Russian EMEP stations for period 2002 – 2012
Alisa Trifonova-Iakovleva

2. EMEP stations in RUSSIA

3. Time series for analysis
Danki ( ): - air concentration SO2, SO42-, NO3-,NH4+
- wet concentration SO42-, NO3-,NH4+
- wet deposition
Janiskoski ( ):
- wet concentration
Pinega ( ):

4. Structure of trend analysis
Average values (MAKESENS)
- whole time series concentrations
- season concentrations
Raw data (R)
- seasons concentrations
- whole time series depositions
- seasons depositions

5. Methods of analysis Mann-Kendall test, Sen’s slope for average values
Outlier analysis, least square, quantile regression (incl. trends in upper quantiles) for raw data
Comparison of results
Significant Mann-Kendall test?
YES NO
Keep the result
of Mann-Kendall test
Significant Least Square or quantile regression?
Lsq&q.r. in CI of results of Sen’s method?
No significant trend
Add information
(majority of results)
No trend
(only 1 case)

6. Quantile regression
Θ-QUANTILE REGRESSION min 𝑏𝜖𝑅 𝑡∈{𝑡: 𝑦 𝑡 ≥ 𝑥 𝑡 𝑏} θ 𝑦 𝑡 − 𝑥 𝑡 𝑏 + 𝑡∈{𝑡: 𝑦 𝑡 ≤ 𝑥 𝑡 𝑏} 1−θ 𝑦 𝑡 − 𝑥 𝑡 𝑏 MEDIAN REGRESSION Θ= min 𝑏∈𝑅 𝑡 𝑦 𝑡 − 𝑥 𝑡 𝑏
Roger Koenker; Gilbert Bassett, Jr “Regression Quantiles”, Econometrica, Vol. 46, No. 1. (Jan., 1978), pp
Roger Koenker (2015) quantreg: Quantile Regression. R package version 5.11.

7. Example of quantile regression

8. Results of upper quantile regression
Majority of directions of
upper quantiles trends
similar to usual trend
Very few
other cases

9. DANKI air Average data Raw data Time series, ug S/m^3 Signific. Q
Upper Quant
LSq
Quant.regr
SO2 DJF *
-0,04278 -
-0,01461
SO2 MAM **
-0,02783
down
-0,01289
-0,00365
SO2 JJA
-0,00603
-0,00297
SO2 SON
0,004476
SO2 YR
-0,01113
-0,00731
SO4 DJF
-0,02382
0,025568
SO4 MAM
-0,02205
-0,02088
SO4 JJA
0,006235
0,008561
SO4 SON
0,008343
SO4 YR
0,004202
NH4 DJF +
-0,02925
-0,0071
NH4 MAM
-0,03582
-0,02604
-0,01826
NH4 JJA
0,001213
-0,01722
-0,01096
NH4 SON
0,010965
-0,01567
NH4 YR
-0,01668
NO3 DJF
-0,0079 up
0,026064
0,021915
NO3 MAM
-0,01634
0,00365
NO3 JJA
0,009675
0,004456
NO3 SON
0,006174
NO3 YR
0,008635
0,008189
Average data
Raw data

15. Outlier analysis Not easy to understand if the point is outlier
Only several points for whole time series
No significant effect on the result
LSq
0,010
Quant.regr
0,011
Outliers 7
LSq\outl
0,009
\outl
mg-N/l/year

16. ADDITION

17. Trends in upper quantiles
No trend for MS, Lsq
Upper quantiles decrease
Increasing trend for MS, Lsq
Upper quantiles increase

18. DANKI wet Time series Signific. Q Upper Q LSq Quant.regr SO4-S DJF
-0,04136 -
SO4-S MAM
-0,00787
-0,0301
-0,03653
SO4-S JJA
-0,00169
down
-0,03141
SO4-S SON
0,009076
-0,06575
SO4-S YEAR
0,000725
-0,01882
-0,00731
NO3-N DJF
-0,02692 up
0,028307
NO3-N MAM
-0,00682
NO3-N JJA
0,007924
0,018263
NO3-N SON
0,005486
0,009643
NO3-N YEAR
0,002773
NH4-N DJF +
-0,04456
0,010421
0,01461
up?
0,033238
NH4-N MAM
0,001887
NH4-N JJA
0,009819
NH4-N SON
-0,00638
-0,10227
-0,0694
NH4-N YEAR
0,003831
down-up

19. PINEGA wet Time series, mg/l Signific. Q Upper Q LSq Quant. regr
SO4-S DJF
0,000872
down
-0,02118
-0,01096 -
SO4-S MAM
-0,01347
-0,03901
-0,03653
SO4-S JJA
-0,0083 up
0,045072
0,11688
SO4-S SON
-0,00242
SO4-S YEAR
-0,00491
-0,01596
-0,00731
NO3-N DJF **
0,018151
0,020892
0,021915
0,046387
0,032873
NO3-N MAM
0,00354
NO3-N JJA *
0,011905
0,244718
0,01461
0,10227
0,04383
NO3-N SON
0,004643
0,018263
NO3-N YEAR
0,010867
0,01019
0,010958
0,036525
0,025568
NH4-N DJF
0,020199
0,069763
NH4-N MAM
0,020055
NH4-N JJA
0,015439
0,109575
0,040178
0,295853
0,124185
NH4-N SON
0,019002
0,08766
NH4-N YEAR
0,019741
0,01938
0,091313

20. JANISKOSKI wet Time series, mg/l Signific Q Upper Quantile LSq
Quant.regr
SO4-S DJF
-0,01738 -
-0,02177
-0,01096
down
-0,09643
-0,05844
SO4-S MAM
-0,02172
-0,08766
SO4-S JJA
0,006364 up
0,036525
-0,11688
SO4-S SON
-0,01181
-0,01132
-0,00731
-0,12784
-0,05479
SO4-S YEAR
-0,0082
down-up
-0,08985
-0,0767
NO3-N DJF
-3,5E-05
-0,01972
NO3-N MAM
-0,00615
NO3-N JJA
0,002082
0,009862
NO3-N SON
-0,00035
0,006209
0,003653
NO3-N YEAR
-0,00092
0,010227
NH4-N DJF
-0,01475
-0,02922
-0,09131
-0,02192
NH4-N MAM
-0,00479
NH4-N JJA
0,001757
0,020454
0,010958
0,021915
NH4-N SON
-0,00513
-0,01717
-0,10373
-0,02557
NH4-N YR
-0,00355

21. PINEGA+OUTLIER ANALYSIS
Time series, mg/l
Signific. Q
Upper Q
LSq
Quant.
regr
Outliers
LSq\outl
Quant.regr\outl
SO4-S DJF
0,000872
down
-0,02118
-0,01096 - 1
SO4-S MAM
-0,01347
-0,03901
-0,03653
SO4-S JJA
-0,0083 up
0,045072
0,036525
0,11688 2
0,109575
SO4-S SON
-0,00242 7 6
SO4-S YEAR
-0,00491
-0,01596
-0,00731
-0,01717
-0,07305 4
NO3-N DJF **
0,018151
0,020892
0,021915
0,020089
0,046387
0,032873
NO3-N MAM
0,00354
NO3-N JJA *
0,011905
0,244718
0,01461
0,178973
0,10227
0,04383
0,06538
0,040178
NO3-N SON
0,004643
0,018263
0,010958
NO3-N YEAR
0,010867
0,01019
0,009204
0,025568
NH4-N DJF
0,020199
0,069763 3
0,045875
NH4-N MAM
0,020055
NH4-N JJA
0,015439
0,295853
0,124185
NH4-N SON
0,019002
0,014464
0,08766
0,050258
NH4-N YEAR
0,019741
0,01938
0,018628
0,091313

22. JANISKOSKI wet+OUTLIER
Time series, mg/l
Signific. Q
Upper Q
LSq
Quant.regr
Outliers
LSq\outl
Quant.regr\outl
SO4-S DJF
-0,01738 -
-0,02177
-0,01096 2
-0,01045
down
-0,09643
-0,05844
SO4-S MAM
-0,02172 4
-0,08766 3
-0,0767
SO4-S JJA
0,006364 up
0,036525
0,019724
-0,11688
SO4-S SON
-0,01181
-0,01132
-0,00731
-0,01242
-0,12784
-0,05479
SO4-S YEAR
-0,0082
down-up
-0,08985
NO3-N DJF
-3,5E-05
-0,01972
NO3-N MAM
-0,00615 1
NO3-N JJA
0,002082
0,009862
0,003653
NO3-N SON
-0,00035
0,006209
NO3-N YEAR
-0,00092
0,010227 7
0,005114
-0,00986
NH4-N DJF
-0,01475
-0,02922
-0,09131
-0,02192
-0,07378
-0,01826
NH4-N MAM
-0,00479
NH4-N JJA
0,001757
0,020454
0,010958
0,019358
0,021915 6
0,018263
NH4-N SON
-0,00513
-0,01717
-0,10373
-0,02557
NH4-N YR
-0,00355
-0,04018