原創 任超 我是科學家iScientist
作者：任超
編輯：Yuki
因為新型冠狀病毒 SARS-CoV-2引發的疫情，估計大家每日刷手機時都會查看一下「疫情地圖」。從地圖中大家可以直觀地了解疫情空間分布、數量和高發區域等狀況，從而評估自己所在區域可能存在的潛在風險。因需求不同，多家媒體、大學科研機構、國家相關部門等紛紛繪製和推出了不同形式的「疫情地圖」。
全國新冠肺炎分布圖（截至3月1日） | 丁香醫生
1854年倫敦霍亂地圖
傳染病學歷史上就有利用「疫情地圖」成功發現病源，並改變了公共衛生及城市設施的經典例子。現在讓我們回到十九世紀維多利亞女王時代的英國倫敦，重溫一下當年霍亂大流行事件。
當時的倫敦正處在工業革命和城市化的進程中，空氣汙染嚴重，生活汙水和廢物隨處傾倒，街上終日瀰漫著燻天臭氣，城市整體衛生狀況非常差[1-2]。如果不幸染上霍亂，病人都會有上吐下瀉的症狀，嚴重者會因過度脫水，引發休克和其他併發症，最終死亡[2]。當時歐洲多地頻繁暴發霍亂，每次爆發都會奪取上萬條生命。
霍亂傳播最流行的主張是瘴氣理論，即霍亂主要是由空氣中有毒或汙穢的氣體所引起和擴散的，因此當時人出行時多掩口鼻[3-4]。1854年9月，倫敦霍亂爆發，政府採取的措施也僅僅是清掃糞便，將汙水直接倒入泰晤士河[3]。
一位名叫約翰·斯諾（John Snow）的英國麻醉醫生，在助理牧師亨利·懷特海德(Henry Whitehead)協助下普查了蘇荷（Soho）區附近的居民死亡與城市設施，以黑色橫線標明霍亂死亡的數量的地點，繪製出死亡地圖[5-6]。
Soho區的霍亂分布圖與John Snow醫生 | slideshare.net
地圖上顯示出，寬街（Broad Street）附近的死亡病例都圍著這該街唯一水泵，而臨街因為酒廠工人大多飲用免費的啤酒而沒什麼死亡。霍亂死亡病例多少及分布都與距離汙染水泵的遠近有關，由此確定了霍亂流行與透過受到汙染水源傳播[6]。
約翰·斯諾的這一觀察發現使得英國逐步意識到清潔的供水和排水系統的重要性，也被視為流行病學的發端，因為他探尋了傳染病的傳播與空間關係，從而為後來確定霍亂幹預措施起到了至關重要的作用[5,7]。至今還會在公共衛生、地理學，城市規劃等課堂上作為經典案例來講，因為它不僅僅是改變了城市衛生系統，更重要的是利用圖示的方法揭示了數據背後的環境問題，從而從根本上找到病源和病因，並應用在城市疾病管理，對城市規劃和發展影響深遠[5,7]。
城市氣候環境圖
流行病的疫情狀態是緊急而短期的，但是大眾的健康狀況還會長期受到所在地區的氣候和環境因素影響。氣候變化直接或間接改變了自然環境和氣候狀況，進而影響了一些決定健康的基本因素（包括溫度、溼度、空氣、水和食物以及不同疾病的傳播模式），甚者導致一些流行病的潛在擴大，從而威脅人類健康[2, 8]。
例如：持續的高溫酷暑會影響市民睡眠質量，引發戶外工作者的中暑甚至死亡，誘發慢性病的惡化；暖冬和降雨的增加可能會引發蚊蟲的滋生，從而增加蚊媒病毒傳播和感染風險，常見的有：登革熱、日本腦炎、黃熱病等。
持續的高溫酷暑容易引發戶外工作者的中暑 | bbaqw.com
目前有超過一半的人口居住在城市裡，因為城鎮化和工業化使得城市環境主要為人工環境代替了自然植被環境，也衍生了一系列城市環境問題和特點[9]。特別是隨著城鎮居民人均壽民的增長，很多時候會存在與慢性病共存的狀態。如何確保城市居民生活質量，在城市規劃中評估城市氣候與環境，達至宜居舒適？是城市管理者和規劃師所面臨的挑戰。
早在二戰結束後，德國率先開展了加強地理科學的圖示化研究與規劃應用方面的探索。1970年代，巴伐利亞州（Federal State of Bavaria）斯圖加特市、奧斯堡、慕尼黑和紐倫堡等地相繼開展了城市氣候環境學的研究，希望進一步了解建成區和綠地對當地城市氣候和空氣品質的影響。綜合地形地貌信息、航測圖、熱成像圖、土地利用信息以及都市通風廊道等研究成果，研究者繪製出了城市環境氣候圖[9-10]。
城市環境氣候圖構成
在城市氣候分析圖的製作過程中，一般包含三方面的分析。第一是針對熱環境的分析，主要分析城市熱島效應以及城市居民舒適度分區。第二是針對城市風環境的分析，概括地繪製出當地空氣交換、循環及風流動的模式（例如：Channeling Wind，風通道），海陸風，山谷風，以及當地盛行風向等）及阻擋風流通的建築物或工廠等。第三是確定空氣汙染區域，特別需要表示出人為汙染源和受汙染影響不同程度的區域[9-10]。
通過對以上三方面的分析，了解城市熱環境、空氣流通以及空氣汙染分布狀況，分析現存城市氣候狀況，探測問題區域和潛力氣候環境資源分布。目前在世界上已有二十多個國家超過五十多個城市開展了城市環境氣候圖及其相關研究[10]。
2003年和2006年歐洲熱浪事件後，更多的歐洲國家紛紛在城市環境氣候圖框架之上開始加強與氣候變化相關聯的空間規劃研究。例如，在法國從2008年開始，一個名為EPICEA的研究項目針對巴黎的氣候變化影響開展涉及多學科的研究，以圖示的方式分析2003年巴黎的熱浪事件。其中巴黎死亡過量的數據結合環境要素包括覆蓋面，屋頂材料、建成區、綠地、和水面均被考慮，並繪製成基本分析圖層。從2000年開始在亞洲高密度城市，如：東京、大阪、名古屋、新加坡、胡志市、香港、澳門、高雄等地也於相繼開展了該方面的研究[10]。
香港的城市環境氣候圖案例
香港城市環境氣候圖的研究和實施源於2003年SARS，香港政府決心改善城市環境，特別是提升居住品質，因此第一步就需要全面了解城市環境和氣候狀況。
從2006年開始，研究人員和規劃部門以及香港天文臺氣象人員協力繪製城市環境氣候圖[10]。香港城市形態複雜且土地混用，所以在製作時，除了土地利用信息、地形地貌信息、植被信息以及風環境信息，更納入詳細精準的城市形態信息，如：建築樓宇、群房、街道和室外公共空間等信息被用來計算高密度城市的地表粗糙度和市區熱容量。同時，針對亞熱帶城市氣候狀況，開展了定點現場實地城市氣候測量研究、市民熱舒適度問卷調查、電腦數值模型模擬研究以及風洞試驗。
通過這些研究，對於香港高密度城市氣候環境的理解得到進一步深化和校準，更好的了解到高密度都市形態與氣候環境的之間的相互作用與聯繫。另外，香港城市環境氣候圖也採用人體生理等效溫度（Physiological Equivalent Temperature, 即PET）來評估城市居民舒適度的狀況和分布[10]。透過該圖，政府決策者和規劃師可以直觀地了解香港夏季的城市氣候與環境的空間分布狀況，也能標示出「城市氣候敏感區域」可以開展有針對性的改善設計和城市管控[10]。
香港城市環境氣候圖 | 參考資料[10]
基於城市環境氣候圖，研究者們還繪製出了高解析度的香港城市汙染PM10濃度分布地圖[11]和夏季高溫分布地圖[12]，從而便於大眾了解健康暴露風險，以及政府開展幹預措施的實施，譬如：巴士站的分布管控、社區中心在高溫熱浪之下的開放設置等。
香港PM10濃度分布地圖 | 參考資料[11]
香港高溫日間和夜間分布地圖 | 參考資料[12]
疫情地圖引發的思考
從上面的例子可以看出，每個地圖繪製背後都有其不同的出發點和需要達到的目的。製作地圖的過程其實是對現實三維世界信息的提取和凝練，再以二維圖示的方法結合地理空間信息，並通過製圖綜合和概括，利用數學基礎、符號系統、文字註解等手段繪製出來， 達到直觀、形象、易讀的視覺效果特點。
製作地圖的過程其實是對現實三維世界信息的提取和凝練 | Pixabay
地圖初始是為了軍事需要而製作的。隨著地理大發現以及經濟活動的興盛，各種行業也開始產生對專題地圖的需求。近期的「疫情地圖」熱，帶來了數以億計的點擊率和瀏覽量，也從側面反映出地圖學作為疫情新聞信息的媒介的重要性，以及圖示化信息的直觀易懂性。疫情地圖還被應用在不同的領域，比如人流和物流管控、社區隔離、城市疫情監察和預防控制等等。
截至2019年，我國擁有超過百萬人口的城市數量達130個，隨著城鎮化的推進，未來也許還會有更多超大城市甚至是超大城市群的出現。大城市一方面給我們的生活帶來便利和多樣，但是另一方面對龐大的高密度人口、密集的居住環境、頻繁的城際來往、擁堵的交通都使得城市問題趨於複雜化，管理城市也變得極具挑戰。此次疫情也許會隨著時間而被淡忘，但是城市風險管理確是不可以鬆懈。
此次疫情快速暴發和傳播，以及目前的有力管控，都使得我們作為研究者不得不重新審視和重視多學科交叉融合，特別是如何開展公共衛生、環境科學、城市氣候、城市規劃和管理的跨學科研究，將相關數據與地理空間、時間的信息結合分析，從而在未來及時發現城市問題、避免更大的城市災難發生，減低民眾的傷亡，更好地進行風險與危機管理決策。
作者名片
排版：凝音
題圖來源：WordPress.com
參考資料：
[1] 俞順章 [著]災難：突發公共衛生事件回顧, 上海:上海辭書出版社. 2005.01, 249pp.
[2] 王旭東, 孟慶龍 [著] 世界瘟疫史：疫病流行、應對措施及其對人類社會的影響，北京：中國社會科學出版社.2005.6, 278pp.
[3] Linda Nash, Inescapable Ecologies: A History of Environment, Disease, and Knowledge (2006) Berkeley: University of California Press, 2006. xiii + 332 pp.
[4] Suellen Hoy, Chasing Dirt: The American Pursuit of Cleanliness, Oxford University Press, 1996, pp. 104–13
[5]Steven Johnson, The Ghost Map: The Story of London’s Most Terrifying Epidemic- an How it Changed Science, Cities and the Modern World. 2007, Riverhead Books, Reprint
[6] John Snow. On the Mode of Communication of Cholera. 1849.
[7] Carol Buck. The Challenge of Epidemiology Issues and Selected Readings. Pan American Health Org. 1988: 417–. ISBN 978-92-75-11505-3.
[8] CDC. Climate Effects on Health, Third National Climate Assessment’s Health Chapter, (Accessed on 28 Feb 2020), https://www.cdc.gov/climateandhealth/effects/default.htm
[9] 任超, 吳恩融 (編著). 城市環境氣候圖 - 可持續城市規劃輔助信息系統工具. 北京: 中國建築工業出版社. 2012
[10] 任超, 吳恩融, & Katzschner, L. (2012). 城市環境氣候圖的發展及其應用現狀. 應用氣象學報, 23(5), 593-603.
[11] Shi, Y., Lau, K. K. L., & Ng, E. (2016). Developing street-level PM2.5 and PM10 land use regression models in high-density Hong Kong with urban morphological factors. Environmental Science and Technology, 50(15), 8178-8187.
[12] Shi, Y., Ren, C., Cai, M., Lau, K. K.-L., Lee, T.-C., et al. (2019). Assessing spatial variability of extreme hot weather conditions in Hong Kong: A land use regression approach. Environmental Research, 171, 403-415. doi: https://doi.org/10.1016/j.envres.2019.01.041
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【擴展閱讀】SARS襲城後，香港做出了哪些改變？
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原標題：《「疫情地圖」背後的故事》
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