作者:崔雪芹 来源:中国科学报 发布时间:2024/5/10 9:43:37
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印度洋海温预示未来登革热全球风险

 

登革热是一种由登革病毒引起的急性传染病,近年来在全球范围内肆虐,对人类的生命健康构成了严重威胁,如何准确预测登革热暴发流行仍然具有挑战性。

热带印度洋海温预测全球登革热流行。(杨韵/摄)


北京师范大学全球变化与公共健康研究中心田怀玉教授团队在登革热疫情预测预警理论取得原创性突破,首次发现热带印度洋全区一致海温模态(IOBW)指数是预测研究全球登革热流行程度和时间的关键指标。提出全球变化与疫情模型(GCE model)解析全球气候变化和登革热长周期传播动态。5月10日,相关成果发表于《科学》。

“该研究拓展了学界对全球气候模式预测登革热疫情的理解,对预测各国登革热疫情动态具有重要意义。通过本研究的模型体系,相关部门能够将预警提前至9个月,从而有针对性地实施干预措施、降低流行病风险。”论文通讯作者、北京师范大学全球变化与公共健康研究中心主任田怀玉告诉《中国科学报》。

发掘IOBW指标与登革热疫情趋势的联系

登革热预警系统主要利用气候指标来预测疾病趋势。局地气候因素,如温度和降雨量,是登革热流行的主要相关因素,通常能提前3个月预测疫情暴发的风险。

由于全球气候模式通常比局地气候变化更容易预测,基于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、印度洋偶极子(IOD)等全球气候模式,能够预测6个月以上的局地气候长期趋势。因此,全球气候模式对局地气候变化的准确预测,可以作为全球登革热风险预警系统的基础。然而目前尚不清楚哪个全球气候指数可以预测不同国家登革热流行的程度和时间。

“局地气候因素主要影响登革热发病率在季节尺度的周期性变化。例如,温度影响蚊虫从卵到幼虫再到成虫的发育过程,以及病原体在蚊虫体内的潜伏期,雌性蚊虫叮咬人类宿主的频率也与温度存在关联。在年际尺度上,每隔一段时间出现的大规模登革热流行则可能与全球气候模式有关。作为全球气候系统的重要组成部分,热带海表温度具有周期性变化的特征,其调节和影响着局地气候的变化。” 论文第一作者、北京师范大学地理科学学部陈宇杨博士说。

为了深入发掘全球气候模式对南北半球登革热疫情的潜在作用,团队收集整理了全球不同时间尺度的登革热病例和气候数据,并通过国家气候中心获取了详尽的30个全球气候指数。他们采用相关性分析和经验动态建模的方法,调查了全球气候模式、当地气候变异性和登革热流行国家的登革热发病率之间的关系。

“IOBW指数有效表征了全球气候变化和登革热疫情动态。尽管ENSO的气候影响在全球范围内普遍存在,但人们普遍认识到印度洋海温的变化和波动对全球气候变化具有显著影响。IOBW事件通过引起热带和温带环流异常模式的变化,在全球气候变化中发挥着关键作用。在本研究考虑的空间和时间尺度上,与其他全球气候因素相比,登革热流行和局地气温与IOBW指数显著相关。”陈宇杨说。

探究IOBW指数对登革热疫情的预测预警效果

尽管有关气候变化与传染病关系的研究层出不穷,但在全球范围内,登革热流行趋势的预测框架却陷入了困境。通过将IOBW指数纳入登革热传播机制模型,该研究对全球气候变化和登革热传播动态进行了长周期深入分析。经过完善的模型验证,发现引入IOBW指数的预测模型有效地捕捉了登革热流行的季节和登革热暴发的年际波动。

“通过数值实验,我们生成了24个国家的局地温度数据,排除了IOBW事件,但保留了包括ENSO事件在内的所有其他气候现象。有趣的是,即使在相同的ENSO条件下,包含IOBW事件的模型在预测全球登革热流行方面也优于不考虑IOBW事件的模型。与不包含IOBW指数的预测模型相比,引入IOBW指数的预测模型显著改善了登革热疫情预测预警的提前期和可靠性。”论文共同第一作者、北京师范大学国家安全与应急管理学院徐一婷博士说。

通过对50种不同的初始条件和蚊子生命周期特征的热响应,以及25种不同的蚊子与人的初始比例进行敏感性分析,研究发现模型模拟的登革热流行动态具有稳定性,有效捕捉了各国登革热暴发次数、暴发程度和暴发峰值时间等流行病学指标。“这说明IOBW指数作为一个稳定的因素,能够有效解释登革热疫情波动强度的变化。“徐一婷说,”这也为其他蚊媒疾病的模拟预测提供了敏感性分析的参考。”

“未来,我们将扩展IOBW指标在登革热疫情预测预警中的应用,比如考虑可能影响登革热传播的其他潜在因素,例如病媒控制措施、社会和经济因素以及局地群体免疫等,为登革热预警系统建立一套全面的指标。同时,我们还将采用时间序列交叉验证等稳健方法,进一步评估我们模型的预测性能,验证其在适当的提前期内预测登革热风险的能力,从而为公共卫生规划和干预措施提供更可靠的信息。”田怀玉说。

相关论文信息:

https://science.org/doi/10.1126/science.adj4427

 
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