基于水文气候信息的登革热亚季节至季节预测模型构建与评估

这篇研究通过构建1/3/6个月提前量的水文气候统计模型（S2S），系统评估了海表温度（SST）、ENSO等气候因子对哥伦比亚四城市登革热病毒（DENV）传播的预测效能。研究发现：气候模型在3-6个月长时效预测中显著优于自回归模型（R2提升0.22-0.34），尤其在低发病率地区能有效预警潜在疫情（敏感性提升84%-100%），为公共卫生决策提供了关键时间窗口。

　　

引言

登革热作为全球增长最快的蚊媒传染病，其传播与水文气候变量（温度、降水、湿度）及大尺度气候遥相关（如ENSO）密切相关。研究聚焦哥伦比亚四座典型城市（卡利、库库塔、麦德林、莱蒂西亚），通过整合当地气候监测数据与全球海温场（ERSST v5）、200mb位势高度（NCEP-NCAR）等多元指标，构建了基于随机森林算法的预测模型体系。

研究方法

创新性采用蒙特卡洛分析筛选显著相关的气候因子，通过主成分分析（PCA）提取关键信号。模型以留一法交叉验证（LOOCV）评估性能，并引入连续分级概率技巧评分（CRPSS）进行概率预测检验。特别设置三类对照：自回归模型、气候持续性模型和负二项回归模型。

核心发现

3.1 关键预测因子

• 领先6个月时，海温主成分（SST PC1）重要性达25%，显著高于自回归变量（13%）

• ENSO 3.4区海温与麦德林气温呈强滞后相关（6个月r=0.42-0.49）

• 莱蒂西亚模型独特性体现在相对湿度预测权重占比达38%

3.2 时效性突破

在自回归模型失效的6个月预测中：

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  卡利模型R²提升0.61（极端案例）

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  流行病类别特异性提高43%

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  虚假疫情预警减少42%

3.3 发病强度阈值效应

低发病率地区（年发病率<15/10万）气候模型优势显著：

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  预警准确率提升2.4倍

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  自回归模型R²仅0.12→气候模型达0.51

机制探讨

太平洋-印度洋海温偶极子（IOD）通过调制亚马逊低空急流影响哥伦比亚降水，该信号在11-3月预测中贡献率达19%。而高温城市（如库库塔28℃）因温度非限制因子，气候模型改进有限。

应用价值

研究为哥伦比亚气候-健康早期行动协议提供了6个月预警技术支撑，特别针对：

• 疫苗战略储备（如Dengvaxia）

• 幼虫控制（苏云金芽孢杆菌投放）

• 应急基金（DREF）触发机制

局限与展望

当前模型在超高发地区（如2019年疫情）预测改进有限，未来需融合Wolbachia蚊群干预等新型变量。该框架可扩展至寨卡、基孔肯雅热等同媒介传染病的季节预测。