非洲疟疾感染极端事件的涌现时间与未来气候-人口双重压力下的传播风险预测

这篇研究通过CESM2-LE大集合模拟和VECTRI模型，首次量化了SSP3-7.0情景下非洲疟疾媒介密度（vector density）和昆虫学接种率（EIR）的涌现时间（TOE），揭示2030-2050年人为气候变暖与人口密度增长将导致疟疾负担加剧，极端EIR事件概率翻倍，为非洲公共卫生干预提供时空预警靶点。

　　

非洲疟疾感染的时空演变与极端风险

引言

疟疾作为热带地区主要健康负担，其传播受气候与人口密度双重调控。近年虽有防控进展，但2023年非洲仍报告2.63亿病例。研究表明，温度通过影响按蚊（Anopheles gambiae）和疟原虫（Plasmodium falciparum）生命周期决定传播阈值，而降水通过创造孳生地驱动短期暴发。当前缺乏对气候变暖与人口增长协同作用的系统性评估，本研究填补了这一空白。

模型与方法

采用国际理论物理中心的VECTRI模型，耦合50个经偏差校正的CESM2-LE大集合成员（SSP3-7.0情景），每日分辨率模拟1850-2100年非洲全境疟疾传播。创新性设置三组对照实验：全因子（气候+人口）、恒定人口（1991-2020均值）、无变暖（1850-1899气候循环），以解析气候与人口的独立贡献。TOE定义为信号噪声比（S/N）超过5（P<0.01%）且持续至2100的十年期。

关键发现

1. 双重驱动下的非线性响应：

   • 全因子模拟显示2100年EIR达工业化前3倍，但恒定人口实验增幅更大，揭示高人口密度反而抑制个体感染风险（如尼日利亚EIR下降12%）。
   • 无变暖实验中，1980年后人口激增导致EIR降低20%，印证"密度阈值效应"（Villena et al., 2024）。

2. 时空涌现规律：

   • 中非部分区域TOE早至1980年代，西非沿海和东非集中于2030-2050年，与区域气候变率强度负相关（r=-0.62）。
   • 撒哈拉以南95%区域将在2071-2100年经历EIR极端值增长40%，但塞内加尔-塞拉利昂一带出现均值上升而95分位数下降的"分布形态偏移"。

3. 极端事件倍增：

   • 99.99分位数分析显示，2100年媒介密度（>0.05只/m²）和EIR（>5次感染叮咬/人/天）发生概率较1850年增长97%和96%。
   • 大集合揭示气候内部变率可使单年EIR偏离均值达35%，警示多模式平均可能低估实际风险。

讨论与展望

研究首次量化了疟疾气候适应力的临界点：当温度超过按蚊发育阈值（Bayoh & Lindsay, 2003）时，媒介密度TOE集中涌现。值得注意的是，西非出现的"均值-极端解耦"现象，可能与降水变率增强导致的孳生地破碎化（Fillinger et al., 2009）有关。未来需整合基因驱动蚊（Hoermann et al., 2022）等干预措施，并开发包含健康干预的动态人口模块。

结论

该研究为非洲疟疾防控提供双重预警：既要关注2030-2050年TOE集中期的区域差异化干预，也需防范气候变率放大导致的"黑天鹅"暴发。成果凸显在SSP3路径下，若无疫苗普及或新型防控，疟疾将重新成为非洲可持续发展的重大障碍。