评估空间尺度在气候-健康模型中的重要性：温度对弗吉尼亚州里士满急诊科就诊的影响

《GeoHealth》：Assessing the Importance of Spatial Scale in Climate-Health Models: The Effect of Temperature on Emergency Department Visits in Richmond, Virginia

　　

气候-健康研究通常依赖单个高质量气象站的数据来代表周边地区居民的暴露水平。然而，随着各种网格化气候数据集的可用，一个关键问题是，空间显式数据能否更好地捕捉个体环境暴露并揭示更强的气候-健康关联。研究人员调查了空间尺度气候变率和代表性对美国弗吉尼亚州里士满急诊科（ED）就诊的影响。本研究比较了2016年至2022年使用气象站数据和ERA5再分析数据的气候-健康关系。研究人员评估了两个时间序列的相关性，并使用广义加性模型比较了四个嵌套空间尺度上的温度-ED就诊关联。所有空间尺度的结果高度一致。气象站和ERA5数据表现出相似的分布。温度-ED就诊关系在两种数据来源之间显示出强烈的一致性，这体现在位置特定估计和汇总估计中。尽管ERA5在极端温度下产生了略低的冷相关估计和略高的热相关估计，但两种数据来源之间没有显著差异。研究结果表明，在这个气候相对均一的区域，区域气候的变化可能足够小，以至于落在模型预期的不确定性范围内。尽管这一结果可能不适用于当地气候变异显著的地区，但在许多地区，来自单个高质量气象站的数据适用于模拟更大周边地区的气候-健康关系。研究人员建议在不同气候背景下进行类似的比较工作，以评估这一结论的普适性。

气候-健康研究通常依赖单一气象站数据代表较大区域的个体暴露，但网格化气候数据集的普及使得空间显式数据能否改善暴露评估成为关键问题。针对弗吉尼亚州里士满大都市统计区（MSA）的研究，旨在评估空间尺度气候变率和代表性对温度-急诊科（ED）就诊关系的影响，论文发表在《GeoHealth》。研究人员利用2016–2022年弗吉尼亚全支付方索赔数据库（APCD）的每日全因ED就诊记录、里士满国际机场（RIC）气象站观测数据以及ERA5-Land再分析数据，在四个嵌套空间尺度——整个MSA、县/市、ZIP代码制表区（ZCTA）和社会脆弱性指数（SVI）聚类——上比较了两种数据源的性能。研究采用准泊松广义加性模型（GAM）估计温度-ED关联，并通过两阶段混合效应模型获得汇总估计；以气象站平均温度（21°C）为参考中心，计算极端低温（第1百分位）和极端高温（第99百分位）下的相对风险（RR）和可归因分数（AF）。此外，还进行了人口加权ERA5暴露和限制小样本ZCTA的敏感性分析。

### 温度分布与数据一致性

气象站与ERA5温度时间序列的Pearson相关系数介于0.9825–0.9886之间，ERA5温度平均比站点低1.26°C（SD=1.13）。各空间尺度上两种数据源的分布高度相似，未出现显著差异，这为后续关联比较奠定了基础。

### 温度-ED就诊关联的空间尺度一致性

在四个嵌套空间尺度上，气象站与ERA5模型产生的温度-ED就诊RR曲线几乎重叠。地点特异性RR和汇总RR均显示出强烈的一致性，且变异性随空间分辨率提高而增加。例如，Charles City County的RR偏离总体值，但敏感性分析表明该县因人口少、ED就诊量有限导致估计不稳定，排除后不影响汇总结果。这一模式在两种数据源中均成立，说明观测与再分析数据在估计关联上高度一致。

### 极端温度下的相对风险与归因分数

在极端低温和高温下，ERA5产生的冷相关RR略低于气象站，热相关RR略高于气象站，差异幅度分别为0.0012–0.0467和0.0052–0.0224。AF的变化方向与RR一致，即ERA5在极端冷时AF略低、极端热时AF略高，但整体差距极小。全MSA的汇总估计与较小空间尺度存在细微偏差，尤其在ZCTA层面，直接汇总所有ZCTA的RR在极端冷时偏高、极端热时偏低，这归因于大量ZCTA的ED就诊计数过少导致估计不可靠。

### 小样本ZCTA的影响与敏感性分析

为验证样本量效应，研究人员仅纳入日均ED就诊数≥5的39个ZCTA（占总就诊人次的89.86%），重新计算汇总RR，其结果与全MSA和其他空间尺度基本一致。进一步比较ZCTA特异模型与全MSA参考模型的差异，发现日均ED就诊数>20的ZCTA估计稳定，而低就诊量ZCTA的RR波动较大，且与气候数据源无关。这表明空间尺度上观测到的变异主要受健康结局样本量限制，而非气候数据选择。

### 讨论与结论

本研究表明，在气候相对均一的里士满MSA，单站气象数据与ERA5再分析数据在模拟温度-ED就诊关系上高度等效，空间尺度影响不显著。这一结论与既往国家或城市级比较研究一致，且不受人口加权方法影响。研究局限包括：美国气象站网质量高，结果可能无法推广至监测系统薄弱的中低收入国家；研究区域气候均一，未涵盖地形复杂地区；行政边界可能与自然气候区不匹配；且仅分析了温度变量。研究人员认为，在气候均一区域，单个高质量气象站足以支撑对较大周边区域的健康建模，但在微气候变异显著的地区需谨慎。未来应在更多气候区、其他气候变量和健康结局中开展类似比较，以检验该结论的普适性。