基于遥感技术的城市尺度基孔肯雅热风险图谱——以粤港澳大湾区西部为例

《International Journal of Environmental Research and Public Health》：Urban-Scale Chikungunya Risk Mapping in the Western Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area Using Remote Sensing

　　

本研究提出了一种可重复的高分辨率框架，用于评估2025年粤港澳大湾区西部疫情期间城市基孔肯雅热（chikungunya）环境适宜性与爆发相关空间异质性。研究人员利用哨兵2号（Sentinel-2）衍生的环境指标，结合基于随机森林（random forest）的陆地卫星（Landsat）地表温度（LST）残差校正，构建了一个10米加权加性蚊虫生境适宜性指数（Mosquito Habitat Suitability Index，MHSI）。指数权重通过将街道和乡镇级别的报告病例位置与随机采样背景点进行比较，经验性地推导得出。优化后的权重方案表明，与湿度和水相关的条件对生境适宜性的贡献强于植被和温度。报告病例位置通常对应比背景点更高的MHSI值，表明该指数捕捉了环境适宜性的广泛空间模式。与一个较粗糙的、模型衍生的全球基孔肯雅热风险图进行比较，作为外部比较一致性评估而非预测验证，在宏观空间尺度上显示出中等程度的一致性（Pearson r = 0.3421），经空间自相关校正后。残差差异分析，结合多类别兴趣点（points-of-interest，POI）、普通最小二乘法（ordinary least squares，OLS）和地理加权回归（geographically weighted regression，GWR），进一步提示人类活动、交通连通性和医疗可及性可能解释了环境适宜性无法完全解释的部分剩余空间不匹配。敏感性分析表明，广泛的地表温度降尺度模式和探索性GWR解释在替代采样、平滑、网格大小和带宽设置下保持合理稳定。总体而言，该框架为高分辨率环境适宜性评估和爆发相关空间异质性的探索性解释提供了初步空间证据，同时强调了需要更精细的流行病学数据和更明确表示人类驱动过程。

**论文解读**

**研究背景**
基孔肯雅热（chikungunya）是由基孔肯雅病毒（CHIKV）引起的急性发热性疾病，主要通过伊蚊（Aedes）传播。历史上该病局限于非洲和亚洲的丛林传播循环，但自2004年以来出现明显全球复苏，构成重大公共卫生负担。病毒基因组的微进化变化，包括A226V点突变，显著增强了病毒在白纹伊蚊（Aedes albopictus）体内的感染、复制和传播能力，使其适应温带和亚热带地区。在中国南方，白纹伊蚊已逐渐取代埃及伊蚊成为主要媒介物种。快速城市化过程中，不透水面扩张和城市热岛效应加剧，为白纹伊蚊创造了大量繁殖机会，如废弃人工容器、空地和破碎植被阴影形成微生境。温度通过改变外潜伏期、叮咬频率和成蚊存活直接影响传播效率，而降水的模式变化影响潜在孳生地的丰度和空间分布。传统昆虫学监测指标虽能直接测量媒介密度，但成本高、难以在大空间尺度上持续进行。目前研究已转向基于最大熵（MaxEnt）等生态位模型（ENMs）的风险制图框架，整合气象、环境和社会经济变量。遥感（RS）以其同步覆盖和多时相观测能力成为媒介生物学的重要工具，可提供植被、水体、地表温度等连续环境数据。

2025年广东省基孔肯雅热疫情并未同时出现，而是遵循明确时空序列：先在佛山（Foshan）强烈传播，再扩散至邻近城市，最终扩展至整个西部大湾区。根据中国疾病预防控制中心（CDC）周报，佛山于2025年7月9日报告聚集性疫情，最早发病日期可追溯至6月16日。截至7月26日，广东报告4824例确诊病例，其中4754例（98.5%）在佛山，顺德区占4208例。疫情集中在顺德的乐从、北滘和陈村等少数高度连通城镇，而禅城和南海病例较少。随后疫情向周边城市延伸，江门、中山、珠海等地出现本地传播。截至9月27日，广东累计报告16452例本地确诊病例，其中佛山10032例，江门5209例，广州590例，深圳128例，珠海60例，中山54例。这一时空进展表明，研究区内风险变异不仅受环境适宜性影响，还受输入病例启动、城镇尺度建成区连续性、城际通勤联系以及病例检测和报告能力差异的影响。

当前研究存在三个密切相关的空白：第一，全球和区域基孔肯雅热风险模型的空间分辨率通常太粗，无法捕捉密集城市群内的街区尺度异质性；第二，即使在城市遥感研究中，很少有框架在特定本地疫情期间将10米生境指标与经验性、案例信息化的权重整合；第三，环境适宜性本身无法完全解释城市传播动态，但剩余空间不匹配很少与交通连通性、居住活动空间、户外暴露环境和医疗可及性等人类过程代理变量联合解释。为此，研究人员开发了一个可重复的10米蚊虫生境适宜性指数（MHSI）工作流，从2025年次城市级病例位置中经验性推导指数权重，并利用残差不匹配与外部比较表面结合，探索人类过程代理变量在环境适宜性之外解释空间变异的作用。论文发表在《International Journal of Environmental Research and Public Health》。

**主要技术方法**
研究人员采用的关键技术方法包括：利用谷歌地球引擎（GEE）平台处理哨兵2号（Sentinel-2）表面反射率数据，计算归一化差异植被指数（NDVI）、归一化差异水体指数（NDWI）、归一化差异建筑指数（NDBI）和增强型植被指数（EVI），生成10米环境指标。通过随机森林回归结合残差校正，将陆地卫星（Landsat）8/9的30米地表温度（LST）降尺度至10米。构建加权加性蚊虫生境适宜性指数（MHSI），权重基于2025年报告中街道/镇级病例位置（96条记录）与随机背景点的优化AUC值经验性确定。外部比较参考表面使用全球基孔肯雅热风险图。兴趣点（POI）数据来源于高德地图（AMap），分为医疗、人群聚集、交通流动和暴露场景四类。使用普通最小二乘法（OLS）和地理加权回归（GWR）分析残差差异与POI组的关系。样本队列来源为手动整理的2025年粤港澳大湾区基孔肯雅热相关公开数据集，包括澳门卫生局、香港政府新闻、江门市政府页面以及各市CDC发布等官方来源。

**研究结果**

**MHSI权重与空间分布**
优化加权方案显示，四个MHSI组分的贡献差异显著：水接近性（W，a）=0.2236（22.36%）、植被适宜性（V，b）=0.1114（11.14%）、温度适宜性（T，c）=0.1326（13.26%）、湿度/冠层覆盖适宜性（H，d）=0.5325（53.25%）。该方案在病例-背景区分中达到AUC为0.762，表明在平衡采样设计下具有可接受的区分性能。总体上，湿度相关和水相关组分对病例-背景区分的贡献强于植被和温度，提示在当前模型设置下水分相关环境条件在塑造复合适宜性梯度中发挥了相对更大作用。最终MHSI表面呈现明显的东高西低空间分布，高适宜性区域主要集中在中东部连续建成带和平原汇合区的密集河网区域。

**内部一致性评估**
研究人员通过比较病例位置与随机背景点的MHSI值进行内部一致性评估。病例点MHSI中位数为0.458，高于随机背景点的0.427，曼-惠特尼U检验显示差异显著（U=14520.0，p=3.158×10^-3）。这表明MHSI捕捉了实际基孔肯雅热病例倾向于集中在环境更适宜地区的广泛空间趋势。但由于同一病例数据集参与了权重调优，该分析应解释为内部一致性检查而非独立外部验证。

**外部比较一致性评估**
为比较MHSI与现有大尺度基孔肯雅热风险产品的宏观空间模式，研究人员将MHSI表面与全球基孔肯雅热风险图对齐并归一化至0-1尺度。视觉比较、差异映射和像素级皮尔逊相关显示，两种表面在研究区内呈现大致相似的宏观格局，且MHSI与外部参考值呈中等正相关（Pearson r=0.3421，基于2,623,684个有效像素）。考虑到像素空间非独立性，研究人员应用了三种空间校正推断方法：修正t检验将有效样本量降至11,010.13，校正后检验统计量仍高度显著（t=36.84，p=3.06×10^-280）；环形移位空间零模型（999次）产生近零零分布（均值=-0.0003，sd=0.0959），观测r=0.3421位于右尾（双尾p=0.001）；32像素空间分区的块置换测试（999次）也得到近零零分布（均值=-0.0009，sd=0.0136），观测相关超出零范围（双尾p=0.001）。这些结果表明MHSI与风险图的一致不能简单用共享的大尺度空间平滑或局部聚类解释，应理解为外部比较的宏观空间一致性证据。

**POI叠加与回归分析**
残差差异图（风险图-MHSI）显示，正残差（外部参考赋值更高）和负残差（MHSI更高）在空间上结构化。POI叠加分析表明，人群聚集POI（特别是住宅区和学校）集中在东部连续建成带，公园等户外暴露点广泛分布于建成区和城乡过渡带，医疗和交通POI也在多个高残差区域呈现空间集中。为超越描述性叠加，研究人员将残差强度和主要POI组计数聚合至3公里网格，使用OLS和GWR模型进行分析。全局OLS模型显示，医疗（β=0.2594，p<0.001）、人群聚集（β=0.1083，p<0.001）、交通流动（β=0.0933，p=0.001）和暴露场景（β=0.0919，p<0.001）均呈正相关，但解释力适中（R²=0.168）。允许系数空间变化的GWR模型显著改善拟合（R²=0.6977，调整R²=0.6627），自适应带宽为122个网格。在2公里、3公里和5公里网格以及±20%带宽的敏感性测试中，R²范围为0.6566至0.7492。医疗和交通/输入系数在大多数网格中为正（医疗：0.755-0.989；交通：0.664-0.732），而人群聚集和暴露场景更不稳定。局部系数表面进一步显示，医疗POI在南部、东部和东北部区域的正向关联更强，交通POI在南部和西部走廊状区域正向系数更突出。

**讨论与结论**
讨论部分指出，MHSI应主要解释为环境适宜性表面而非完全传播风险或病例发生模型。内部案例比较和外部风险图比较服务于不同目的，支持框架的空间合理性但非预测验证或因果识别。该框架的优势在于解决单一城市群内邻里尺度异质性，而全球和区域模型虽能绘制气候适宜性但常平滑局部变异。与基于NDVI、NDWI、LST等指标的城市遥感或机器学习监测研究相比，本研究的贡献在于整合三个解释层：高分辨率环境适宜性表面、外部比较参考表面以及由POI、OLS和GWR表示的人类过程代理变量。残留差异与组织化的城市活动空间重合，提示活动强度、户外暴露、医疗可及性和交通相关移动可能贡献于环境适宜性无法解释的空间不匹配。敏感性分析表明，广泛的LST模式和GWR解释在替代参数设置下合理稳定。

研究结论翻译：本研究通过整合哨兵2号环境指标、统计细化的10米地表温度表面和加权加性MHSI，开发了一个可重复的高分辨率工作流，用于评估粤港澳大湾区西部城市基孔肯雅热环境适宜性和爆发相关空间异质性。所得图谱显示东高西低的环境适宜性梯度，在当前模型规范下湿度和水相关条件对复合指数的贡献强于植被和温度。敏感性分析进一步表明，广泛的降尺度LST模式和探索性GWR解释并非强烈依赖于选定的基线训练样本量、残差平滑半径、网格尺度或带宽设置。内部一致性评估显示，报告的子城市病例位置通常对应比随机采样背景点更高的MHSI值。与外部参考表面的比较进一步揭示了宏观空间尺度的中等正相关（Pearson r=0.3421），该关联在经修正t检验、环形移位空间零模型和块置换校正空间自相关后仍然稳健。然而，由于同一公共病例位置数据集参与了权重校准，内部案例比较应解释为一致性检查而非独立验证。此处提出的证据应视为初步而非结论性。该框架作为高分辨率环境适宜性制图和爆发模式探索性解释的有用概念验证，但尚不支持可操作预测或精细干预规划的因果推断。由于基于单次爆发期和公开报告的子城市病例位置，其对其他城市、爆发期或预测环境的可转移性仍不确定。未来工作应纳入更完整的子城市流行病学数据、显式建模人类过程变量、评估替代采样和空间分析选择的敏感性，并在更长的时间窗口内评估该框架。