解开气候在登革热传播动态中的双重作用：多地区因果分析研究

《解开气候在登革热传播动态中的双重作用：多地区因果分析研究》一文，运用先进因果推断方法（GOBI）对菲律宾 16 个气候区研究发现，温度普遍提升登革热发病率，而降雨影响因旱季长度变化而异。这为制定因地制宜的防控策略提供依据，对公共卫生意义重大。

　　

研究背景

登革热是一种由感染的雌性伊蚊叮咬传播的疾病，在热带和亚热带地区较为常见，对人类健康构成重大威胁。近年来，登革热病例数呈上升趋势，2000 年报告病例为 505,430 例，到 2019 年激增至 520 万例，且 2022 年仍维持在数百万例高位。气候变化对媒介种群和登革热传播的生物物理适宜性影响显著，被认为是登革热病例增加的主要原因之一。

许多研究致力于探究天气对登革热发病率的影响，其中温度和降雨是关键因素。较高温度会加快蚊子发育阶段、增强登革热传播速率，比如会使蚊子产卵数量增多、各生命阶段发育周期缩短、吸血频率增加，同时缩短登革热病毒在成年蚊子体内的潜伏期。然而，降雨对登革热发病率的影响较为复杂。在不同地区，降雨与登革热发病率的关系呈现出差异，有的地区呈正相关，有的呈负相关。这是因为降雨既会为蚊子创造繁殖场所，产生正向影响，也可能因冲刷作用破坏繁殖地，产生负向影响。而且，低降雨量在某些情况下也会因减少蚊子栖息地而降低发病率。以往研究多采用假设线性和独立效应的统计模型，可能掩盖了气候因素与登革热发病率之间的非线性因果关系。

研究方法

本研究采用了一种基于通用常微分方程（ODE）的因果推断方法 GOBI（general ordinary differential equation–based inference），并对其进行扩展以纳入延迟效应。研究选取了菲律宾 16 个气候条件多样的地区，收集了 2015 年 1 月至 2019 年 12 月期间这些地区的每月登革热病例数、累计降雨量和平均温度数据。同时，为评估研究结果的稳健性和普遍性，还分析了 1986 年至 2005 年波多黎各三个不同气候城市的相关数据。

研究中，GOBI 通过量化降雨和温度对登革热发病率的影响，推断其因果关系。具体过程为，首先对降雨和温度数据进行 0 - 3 个月的时间延迟处理，以考虑蚊子生命周期、病毒潜伏期等因素带来的延迟。然后对延迟后的数据进行插值和平滑处理，并将其划分为 1 年的移动窗口。在每个窗口内，计算四种潜在调节类型（降雨和温度均正向调节、降雨负向温度正向调节、降雨正向温度负向调节、降雨和温度均负向调节）的调节检测分数，通过与阈值比较筛选出可能的调节类型，并进行替代检验以确定其统计显著性。最后，在所有窗口和降雨 - 温度时间延迟组合中重复上述计算，选择总分数最高的主导调节类型作为该地区的代表调节类型。

研究结果

1. GOBI 方法优势：通过与相关性分析、线性回归、Poisson 回归和广义相加模型（GAMs）等传统方法对比，GOBI 在识别温度和降雨对登革热发病率的正确影响方面表现更优。在模拟数据实验中，当温度和降雨存在不同相位差时，GOBI 能 100% 正确识别两者的影响，而其他方法的准确率较低，如简单相关性分析准确率为 45%，线性回归为 40%，Poisson 回归和 GAMs 分别为 25% 和 50%。即使应用能处理非线性情况的非线性 Granger 因果关系分析，其结果也不如 GOBI 稳定，多项式核检测准确率为 0%，高斯核为 80%，且该方法无法区分调节效应的正负。
2. 菲律宾地区调节类型分布：运用扩展的 GOBI 框架分析菲律宾各地区数据后发现，所有地区仅出现两种明确的调节类型：“Temp→Rain→Dengue”（降雨和温度均正向调节登革热发病率）和 “Temp→Rain?Dengue”（降雨负向、温度正向调节登革热发病率）。部分地区调节类型不确定，如 Regions II、IX 和 CARAGA。位于菲律宾西部的地区多呈现 “Temp→Rain?Dengue” 调节类型，降雨延迟效应为 2 - 3 个月；东部地区则多为 “Temp→Rain→Dengue” 调节类型，降雨延迟效应为 0 - 1 个月。在所有地区，温度对登革热发病率的正向影响延迟为 0 - 2 个月。
3. 旱季长度变化的关键作用：研究人员发现，降雨对登革热发病率产生正向或负向影响的地区在菲律宾呈现区域聚集现象。进一步分析多种气象因素后发现，旱季长度的变异系数（CV）是预测调节类型的最重要因素。通过 t 检验和逻辑回归分析表明，旱季长度 CV 在不同调节类型地区的分布差异显著（P <0.01），其在逻辑回归模型中的 AUC 值最高（0.944）。具体而言，旱季长度 CV 越大，“Temp→Rain→Dengue” 调节类型的概率越高，当旱季长度 CV 每增加 0.1，该调节类型的概率增加 5.98 倍（e^1.79）。
4. 跨地区验证：对波多黎各三个城市的数据进行分析，结果与菲律宾数据一致。圣胡安旱季长度变化大，呈现 “Temp→Rain→Dengue” 调节类型；阿胡纳斯旱季长度变化小，呈现 “Temp→Rain?Dengue” 调节类型；庞塞调节类型不确定。将菲律宾和波多黎各的地区按旱季长度 CV 值从小到大排列后发现，随着旱季长度 CV 值增加，降雨对登革热传播的影响从负向调节转变为正向调节，而其他气象因素未呈现明显趋势。

讨论

本研究利用扩展的 GOBI 框架分析菲律宾气象和登革热发病率数据，将菲律宾地区分为两种调节类型，且呈现明显的区域聚集模式。与以往研究不同，本研究发现旱季长度变化是区分这两种调节类型的关键因素，而不是降雨水平本身。以往研究由于方法学假设和模型限制，可能忽略了气候因素之间的相互作用和非线性关系，因而未观察到这种聚集模式。

降雨对登革热发病率的正负影响可以从蚊子繁殖、冲刷效应和人类行为等方面解释。在旱季长度变化大的地区，降雨的冲刷效应较弱，有利于蚊子繁殖栖息地的形成和维持，所以降雨对登革热发病率有正向影响；而在旱季长度变化小的地区，长时间干旱使蚊子繁殖地集中，降雨的冲刷效应较强，会破坏繁殖地，降低蚊子种群数量，进而对登革热发病率产生负向影响。同时，人类会根据旱季长度变化的可预测性采取不同的蚊虫管理措施，也影响了登革热的传播。

降雨对登革热发病率的正负影响在时间延迟上也有所不同。正向影响通常在短时间内显现，因为蚊子繁殖周期短，从卵到成虫只需 1 - 2 周，成虫寿命约 1 个月；而负向影响延迟较长，因为一次冲刷事件可能无法立即显著减少蚊子栖息地，需要多次持续冲刷才会使登革热发病率下降。此外，登革热病例报告的延迟也会影响对这些效应延迟的观察。

这些研究结果对登革热干预策略具有重要意义。在旱季长度变化小的地区，降雨的冲刷效应可作为自然干预策略，在雨季可适当减少人工干预资源投入；而在旱季长度变化大的地区，由于降雨的正向影响，需要全年持续进行干预以控制登革热传播。

本研究也存在一定局限性。虽然研究结果在菲律宾和波多黎各具有一致性，但结论的普遍性还需更多国家的数据验证。此外，缺乏蚊子种群数据限制了对温度和降雨通过蚊子影响登革热发病率机制的深入解释；社会经济因素如医疗资源可及性和人口流动性对登革热传播的影响在本研究中未被考虑；研究使用的是月度数据，无法捕捉登革热发病率的短期变化。未来研究可利用更详细的每周数据，综合考虑更多因素，进一步完善对登革热传播机制的理解。

总体而言，本研究通过准确的因果推断方法，揭示了降雨对登革热发病率的影响取决于旱季长度变化这一重要发现，强调了制定针对性干预策略的重要性。公共卫生机构应加强对旱季模式的监测，以更好地应对登革热疫情。