全國「非典」風險與分區分期防疫的可能性

2020-12-05 中國科學院

    目前,全國抗擊非典取得了初步的勝利,要持續鞏固減災成果,協調經濟生活與防疫減災的關係,我們認為實現分區分期防疫減災有可能有效防疫減災,因為長期以來人們發現流感的爆發有季節性,換言之可能與氣候條件有關,「非典」與普通流感同為冠狀病毒引起,也可能與氣候條件有關。如果這個推斷得到肯定,就可能針對氣候條件,確定不同省市自治區疫病流行的可能時間,實行不同時期不同的防疫減災戰略。

    「非典」爆發期與氣候有明顯關係

    長期以來人們發現流感的爆發有季節性,換言之可能與氣候條件有關,「非典」與普通流感同為冠狀病毒引起,因此爆發季節也可能與氣候有關。故而需要對非典爆發區域的氣候條件作研究。

    氣候的主要特徵之一是月平均氣溫。我們首先考察日均溫情況。據鍾南山院士2003年4月25日電視報告,廣州主要爆發期在12月,1月廣州仍然在發展。據香港天文臺資料,12月廣州日均溫為15°C,1月與人為控制配合,疫情緩解。北京是另一個重要疫區,北京的爆發主要出現在4月份,此期北京在13.5°C以上,降水仍然較低。同樣的情況發生在太原。香港的疫情在3月下旬、4月12日出現爆發,考慮到「非典」潛伏取為14天,病毒強烈擴散期在3月,4月中旬出現有效控制,除了特區政府的努力外,與氣候轉變也可能有關。由這些疫區的情況,再結合非疫區的情況,我們推斷爆發期溫度上下限位於13~17°C一般流行月氣溫為5~22°C。贛州是廣東的遠鄰,與廣東人員交流多,可是卻未見疫情發生。查贛州氣候,主要是2~4月份降水增多。類似的情況也反映在多倫多與溫哥華的差別上。根據它們的特點,我們推斷流行月的降水上限為90mm。同時我們發現新加坡作為反例存在,初步調查表明新加坡由於緯度低,城市密度大,疫病爆發月普遍使用中央空調,造成局部環境容易感染。WHO的研究報告已經證實,溫度升高,病毒在空氣存活時間短。氣溫升高,不是所謂「高氣溫殺死」病毒。可能原因是病毒空氣存活時間短,傳染空間和時間也就有限。新加坡普遍使用空調,在局部造成適合病毒在空氣中生存的優良環境,空氣不流通,所以新加坡出現「反例」,其實常用室溫200C左右是適合疫病流行的。

    圖1是中國東部4月份月均溫形勢和到2003年5月3日的「非典」病人分布的走勢,在華北地區,二者表現了明顯的一致:即石家莊附近曲線北凸和太原附近曲線南凹。圖1表明,「非典」疫情分布與氣候空間特徵存在一致性。利用空間互相關分析發現互相關通過了置信水平為0.95的檢驗。

    「非典」流行期疫情「爆發」與天氣有關係

    一個過程的數據波動,包含了過程的基本特徵。「非典」疫病流行過程,也反映了「非典」的流行特徵。認識這種特徵對於防止非典,減少感染,預備醫療設施等具有重要意義。因此本文應用信息科學的數據挖掘技術,對城市的「非典」疫病人數開展了分析,試圖發現疫情過程規律,提供防疫減災的科學基礎。

    由於香港「非典」病人數公布的時間早,我們對香港每日新增「非典」病人波動過程(以下簡稱疫情過程)作了諧波分析通過這些分析我們發現:

    1)疫情過程波動的最主要周期是12.5天左右;

    2)疫情過程波動的第二個主周期是3天。

    疫情過程的12.5天周期,可以認為反映了「非典」病人通常10~14天的潛伏期,每10~14天爆發一次。這個過程也證實了醫學觀察發現的潛伏期一般不具有傳染性的特點。

    過程波動的第二個主周期是3天。這個波動的起因被我們追溯到天氣學方面。研究發現同期香港的氣溫日較差存在3天周期,換言之,「非典」疫情波動與氣溫日較差有關。

    為此,我們利用香港天文臺公布的氣象數據,結合香港公布的「非典」疫情中文大學沈建法提供我們對3月7日開始的天氣過程與「非典」疫情作了比較研究,結果發現:

    ●3月7日,日較差小,平均氣溫低(14度,為3月最小值,冷空氣影響)(7、8、9三日平均氣溫都在15度以下),相對溼度小(67%,3月次低值),3月17日(10-8日後)出現「非典」疫情高發值;

    ●3月16-18日,氣溫日較差大,平均氣溫適中(20.5-24°C),沒有降水,在3月24日(8-6天後)為「非典」疫情低發值;

    ●3月19-23日,氣溫日較差小(除21日為4°C),平均氣溫低(約16-18°C),有降水,在3月27-4月1日(9~8天後)出現「非典」疫情高發值(3月31日為爆發極值,而其前8天,即23日,日較差為所有數據的次最小值1.6);

    ●3月25-27日,氣溫日較差大,平均氣溫適中(20.5-24°C),沒有降水,相對溼度差大(21-25%),4月2日(8~6天後)為「非典」疫情低發值;

    ●4月5~6日,氣溫日較差小,平均氣溫低,相對溼度差小(8-10%),在4月12日(6~7天後)為「非典」疫情高發值。總之氣溫日較差偏低6~8天左右,出現「非典」疫情爆發。

    北京的疫情動態也表現出類似的特徵。由於眾所周知的原因,北京市的早期數據可能有不準確的地方,但是我們可以發現4月28日的前6日和前8日有日較差較低的時間,兩個事件的聯合對應到28日的最高峰。利用這個概率,我們曾經預報4月28的氣溫日較差事件,可能導致5月6~7日出現峰值,結果為實際值所證實。5月6、7日新增病人人數分別為97、94,而10~11日左右又會出現個峰。

    這樣的過程在石家莊的疫情發生中也表現出來。石家莊疫情過程與氣溫過程的比較。石家莊4月18日,23日和29日出現較小日較差,結果4月26日、5月1日和5月6日出現峰值或者跳躍。

    日較差的這種作用,現在還缺少實驗數據支持的機理解釋。我們認為可能因階段性氣溫日較差小和大氣逆溫層有關,前者形成穩定的病毒繁衍環境,後者有助於提高大氣顆粒物濃度。特別要提的是「事件相關」分析7天前空氣品質指數變大,7天後有爆發事件。換言之,可能存在大氣顆粒物濃度高有助於疫病傳染的現象,或者說大氣細顆粒物可能是SARS病毒傳播的載體之一。

    為了進一步證實這個結論,用非參數方法估計隨機過程的分布變點,發現「非典」爆發的日子較氣溫日較差最低點,大氣汙染指數峰值滯後6~8天。

    中國分區分期SARS風險估計

    根據前面的分析,我們給出疫情發生的氣候條件分析:

    ●疫病流行月日均溫一般在5~22°C,月降水不超過90mm;

    ●疫病爆發期日均溫一般在13~170C;

    ●疫病爆發前6~8天一般出現氣溫日較差偏小、空氣品質不好的天氣。

    根據前面得到的三條準則,我們對我國各省區「非典」容易流行期(簡稱流行期)和容易爆發期(爆發期)作了分區研究,結果得到了《中國分省區非典流行風險圖》。由於時間緊,經費緊張,首期工作僅僅得到的是以省會或者自治區首府所在地氣候為標準的分區圖。這個工作進一步考慮了一些新準則:

    ●如果符合爆發標準的某月是流行期的最後一月,考慮流行期後延1月,因為SARS病毒發病有14天左右的滯後期。

    ●如果符合爆發標準的某月是流行期的第一月,考慮有一個傳染過程和活動滯後期,當月不作為爆發期。

    ●由於缺乏各省區月平均日較差和大氣質量指數,我們事實上未考慮氣候準則中的第三條。值得注意的是我國西部氣溫日較差大,同時空氣汙染指數高,這裡的處理把西部風險平衡是合適的。但這裡對西北地區的預報可能「嚴重」了一些。

    ●我們沒有考慮我國大城市中央空調使用情況。

    現在已經得到:

    ●5月份需要重點防疫的省市自治區為:河北、天津、內蒙古、山東和東北三省以及北京(因為前期已經大規模爆發疫情),較重點區為中國北方各省區及四川,目前的零報告區青海,需要加強防疫。其餘省區一般性防疫。

    ●6月份需要重點防疫的省市自治區為:西北地區、東北地區和西藏。其餘省區一般性防疫。

    ●7月份風險降低,8月份全國幾乎均為安全區,9月份北方地區重新出現風險。

    如果我們的研究結論得到5月份疫情活動的證實,我們認為,6月可以進行高考和研究生複試。不過對研究生複試和暑假人流要適當控制,逐步放開。

    關於公共政策,需要進一步研究。現在需要注意的是:

    ●關注新的高風險區西北和東北地區;

    ●繼續限制東部遊客到西藏、青海、寧夏、內蒙古、甘肅和新疆西部旅遊。

    ●制定注意9月份的疫情變化,總結經驗,對付未來的9~10月全國普遍風險期。

    ●6月份是防疫減災的關鍵月。

    中國「非典」流行的季節性風險

    最近課題組通過數據挖掘技術對中國各地的疫病動態開展了分析,發現疫區類型月均溫的聚類中心位於15.47℃,月降水位於27.94mm,相對溼度較低,而且香港數據表明,疫情爆發與空氣品質明顯由「事件相關」特徵。課題組進而提出氣候風險判別標準。在這個基礎上,完成了分月份中國「非典」流行的氣候風險評價,通過氣候風險評價分析,課題組得到下列季節性疫情可能性活動規律如此:

    以習慣性季節討論,我國的習慣性冬季(12~2月),中高風險疫情區基本上位於28°N以南地區,其中,12月份,臺灣全省、香港、海南處於中等風險地帶,四川盆地也處於較高風險中。1月份這個風險區北界繼續退縮到溫州、贛州、桂林、昆明一線以南。2月份風險區北界扭曲為廈門、梧州、安順、成都、騰衝一線。

    春季(3~5月)開始,中高風險疫情區逐步北上,3月中高風險疫情區軸線在大理到濟南一線,4月,軸線在騰衝到長春一線,北京這時進入風險期。整個長江以南地區除雲南省中、北部外,是一個安全區,黑龍江北部、和內蒙古東北部也處於一個安全區內,而天津、北京、太原、石家莊、延安、大理、成都、西安、開封、蚌埠、青島圍成高風險區。5月份的高風險區基本上位於著名的胡煥庸線(黑河-騰衝連線)以北,軸線在拉薩到齊齊哈爾一線,軸線兩側的風險區寬度各約3~4個緯度,但是吐魯番附近是安全區。

    夏季(6~8月)是我國疫情形勢最為樂觀的季節,6月哈爾濱到玉樹一線成為安全區北界,除西藏南部、西寧-酒泉附近和錫林浩特盟、興安盟以外,全國是安全的。夏季(6~8月)是我國疫情形勢最為樂觀的季節,6月哈爾濱到玉樹一線成為安全區北界,除西藏南部、西寧-酒泉附近和錫林浩特盟、興安盟以外,全國是安全的。7月是全國風險最低的時期,全國除西寧-酒泉附近形成一個中度風險區外,全國均進入安全期。8月基本上形成以分別於西寧和錫林浩特為中心的兩個呈孤島狀的較高風險區,其中心風險值較為0.75。6月、7月形勢見分別圖1、圖2。

    秋季(9~11)風險區逐步南下,9月份形勢相對簡單,9月風險區南界位於大連、延安天水一線,北京、天津重新進入風險期,大約大連、延安、天水、玉樹以南為低風險的安全區,但是吐魯番盆地附近也為低風險地帶。10月出現青島、天水為軸線的中高風險帶。寬約6個緯度,並且在黃淮海地區、四川盆地形成一個疫情風險高值區,並且一直處於較為安全的上海將進入風險期。11月風險區退到黃河以南,形成安全區南界在天津-漢中-騰衝以南。但是臺灣全省、海南全省均為安全期。

    課題組藉助空間相互作用模型和2600多個調查數據估計了我國人口流動,進一步考慮人口流動和早期疫病分布勢態,課題組認為夏季全國的形勢是這樣的:

    6月:高風險區為黑龍江、內蒙古、甘肅、山西、遼寧、寧夏、山東、青海、新疆、西藏,中度風險區為河北、河南、陝西、天津、北京、吉林、四川,其餘為安全區;

    7月:高度風險區為甘肅、內蒙古、寧夏、青海,中度風險區為陝西、新疆、黑龍江、吉林,其餘為安全區;

    8月:高風險區無,中度風險區為陝西、甘肅、寧夏、內蒙古、黑龍江、新疆、青海,其餘為安全區。

    氣候分析還存在一個問題,4月份太原、昆明溫度、降水、月均氣溫日較差接近,太原成為疫區,空氣中大氣細顆粒物少,高原環境紫外線強烈。無論那個原因都提示我們青藏高原、以南流行SARS的風險度可能估計偏高。這個問題還有待繼續研究。

    感謝與中國地理學會氣候專業委員會主任張丕遠教授、華東師範大學束炯教授、香港中文大學沈建法副教授、河北師範大學路紫教授和新加坡國立大學趙振傑博士的學術討論。

    (研究生鄭一萍、王瑩、吳兵、楊妍、陳建國、黎華瓊等參加本項研究。中國科學院政策與管理研究所、華東師範大學)

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