氣象因素與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合在廬江縣手足口病特征分析及預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

張慧玲，洪光烈，張丹，琚娟娟

廬江縣疾病預(yù)防控制中心，安徽合肥 231500

人體健康與氣象因素緊密相關(guān)，氣象因素能影響傳染病發(fā)生和發(fā)展，其變化對(duì)傳染病在人群中的流行可能產(chǎn)生一定的影響。國(guó)內(nèi)外已有多項(xiàng)研究證實(shí)此方法可以很好地進(jìn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析和運(yùn)用于傳染病預(yù)測(cè)預(yù)警，為衛(wèi)生行政部門(mén)和政府部門(mén)對(duì)傳染病的防控決策提供科學(xué)依據(jù)[1－4]。2015年安徽省疾控中心龔磊等[5]應(yīng)用ARIMA模型在進(jìn)行流感發(fā)病預(yù)測(cè)，為該省流感的防控提供科學(xué)理論依據(jù)。為防范氣候變化所帶來(lái)的公眾健康危害、為公眾提供早期預(yù)警信息和應(yīng)對(duì)措施，2016年廬江縣疾病預(yù)防控制中心和廬江縣氣象局簽署《關(guān)于開(kāi)展氣象與健康信息發(fā)布合作框架協(xié)議》。首次用集中度、圓形分布法以及灰色模型和ARIMA模型預(yù)測(cè)等方法相結(jié)合進(jìn)行季節(jié)性傳染病發(fā)病規(guī)律的預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)布公益服務(wù)信息。該文以手足口病為例，將有關(guān)工作開(kāi)展情況及實(shí)際工作效果報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2011—2015 年廬江縣手足口病病例數(shù)據(jù)及相關(guān)信息來(lái)自“中國(guó)疾病預(yù)防控制信息系統(tǒng)”，氣象資料來(lái)自廬江縣氣象局。

1.2 方法

該文用描述流行病學(xué)對(duì)廬江縣2011—2015年手足口病發(fā)病情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用集中度、圓形分布、灰色模型和ARIMA模型分析廬江縣手足口病與氣象因素的關(guān)聯(lián)及其發(fā)病的季節(jié)性，預(yù)測(cè)手足口病發(fā)病高峰期及其流行期。

1．2．1 集中度 集中度是表示數(shù)據(jù)集中程度的指標(biāo)，用以下公式計(jì)算集中度。

其中M表示集中度，R表示離散度，r表示各月手足口病病例數(shù)與總病例數(shù)的比值，共12個(gè)月。

1．2．2 圓形分布 圓形分布可以利用平均角分析疾病的流行高峰時(shí)間和流行期，如果數(shù)據(jù)具有周期性，將其經(jīng)三角函數(shù)變換為線(xiàn)性數(shù)據(jù)后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，這種統(tǒng)計(jì)方法叫圓形分布，一般用平均角衡量其集中分布特征。通過(guò)以下公式的變換，可以計(jì)算手足口病的流行高峰期。其

中f為手足口病月發(fā)病數(shù)，α為組中值對(duì)應(yīng)的角度，即月中位角，r為圓形分布集中趨勢(shì)，s為平均角的標(biāo)準(zhǔn)差。用Rayleigh檢驗(yàn)可檢驗(yàn)平均角是否存在，計(jì)算公式為Z=nr2，當(dāng)樣本量足夠大(如n＞100)時(shí)，可計(jì)算平均角的95%可信區(qū)間±s。

1．2．3 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算參考汪叢峰等[6]的方法，首先，對(duì)各年度手足口病報(bào)告例數(shù)進(jìn)行均值化處理，然后將經(jīng)均值化處理的合計(jì)欄序列作為參考序列，其他各序列作為比較序列，取比較序列與參考序列差值的絕對(duì)值，并求出兩極最大差△max及和求出關(guān)聯(lián)度 r，該研究確定 r＞0．6為有關(guān)聯(lián)。

1．2．4 發(fā)病趨勢(shì)預(yù)測(cè) 發(fā)病預(yù)測(cè)用ARIMA模型，通過(guò)ARIMA數(shù)學(xué)建模，對(duì)廬江縣手足口病發(fā)病趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，具體方法詳見(jiàn)單良的研究[7]。

2 結(jié)果

2.1 廬江縣手足口病流行概況

2011—2015 年廬江縣每年手足口病報(bào)告的病例數(shù)分別為398例、386例、551例、2153例和528例，報(bào)告發(fā)病率分別為 40．86/10 萬(wàn)、39．63/10 萬(wàn)、5．375/10萬(wàn)、214．87/10 萬(wàn)和 51．94/10 萬(wàn)。 廬江縣 2011—2015年手足口病病例發(fā)病男性多于女性，年齡大部分在5歲以下，見(jiàn)圖1A。2011—2015年各月份發(fā)病見(jiàn)圖1B，由圖可見(jiàn)，病例的分布顯示有季節(jié)升高特征，一般從3月份開(kāi)始增加，4～6月份達(dá)到高峰，其中4～7月份報(bào)告病例數(shù)占總病例數(shù)的51．84%。

圖1 廬江縣2011—2015年手足口病病例年齡和月病例分布圖

2.2 集中度計(jì)算結(jié)果

根據(jù) 1．2．1 方法計(jì)算結(jié)果如下：Rx=0．123 5，Ry=－0．116 3，M=0．169 6。

2.3 圓形分布計(jì)算結(jié)果

根據(jù) 1．2．2方法計(jì)算結(jié)果如下：

2.4 手足口病與氣象因素的相關(guān)分析

根據(jù)2011—2015年手足口病發(fā)病數(shù)與月平均氣溫、平均氣壓和平均相對(duì)濕度按照1．2．3的方法計(jì)算得出：手足口病病例數(shù)與氣溫、氣壓和相對(duì)濕度的關(guān)聯(lián)系數(shù)為 0．92、0．35 和 0．95。

2.5 廬江縣手足口病2016年發(fā)病趨勢(shì)預(yù)測(cè)

根據(jù) 1．2．4方法及 2011—2015年廬江縣手足口病發(fā)病數(shù)通過(guò)ARIMA（1,1,1）（2,1,1）模型預(yù)測(cè)廬江縣2016年手足口病發(fā)病數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 2016年1—12月廬江縣手足口病實(shí)際值與模型預(yù)測(cè)值比較列表

3 討論

了解并科學(xué)分析傳染病的周期性分布有助于政府部門(mén)制定預(yù)防策略和采取有效防控措施，科學(xué)準(zhǔn)確判斷某些傳染病的流行期并根據(jù)其流行特征提前采取防控措施。

周期性數(shù)據(jù)的集中程度可以用集中度來(lái)表示，集中度能反映數(shù)據(jù)的季節(jié)性分布程度，其缺點(diǎn)是不能計(jì)算疾病的流行時(shí)間及高峰期，而圓形分布可以利用平均角反映疾病的發(fā)病高峰和流行期，還可以比較不同時(shí)間段和不同地區(qū)的數(shù)據(jù)，兩者結(jié)合能更科學(xué)地解釋發(fā)病的季節(jié)性[8－9]。該研究氣溫和相對(duì)濕度與手足口病的發(fā)病關(guān)聯(lián)系數(shù)為0．92和0．95，提示廬江縣手足口病與氣溫和相對(duì)濕度的關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)，從2月份開(kāi)始，廬江縣的氣溫和相對(duì)濕度均處于年度上升趨勢(shì)，EV71和CoxA16等腸道傳染病的致病力增強(qiáng)，氣溫升高孩子們的活動(dòng)范圍增大，手足口病的發(fā)病數(shù)就可能出現(xiàn)季節(jié)性周期上升的趨勢(shì)，春末夏初適合手足口病暴發(fā)和傳播，與羅曉鳳等研究結(jié)果相同[10]。圓形分布計(jì)算表明，廬江縣手足口病發(fā)病高峰一般在5月下旬，流行期從2月6日—9月13日，跨度大約7個(gè)月。ARIMA模型預(yù)測(cè)出2016年手足口病發(fā)病高峰主要在4～6月，在11月還有一個(gè)小高峰。2016年該中心通過(guò)聯(lián)合教育局、鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院防?？频燃訌?qiáng)手足口病防治的宣傳，尤其在4～6月加強(qiáng)幼托機(jī)構(gòu)及學(xué)校的監(jiān)測(cè)，2016年上半年廬江縣手足口病聚集性疫情起數(shù)相比前幾年明顯減少，且每起聚集性疫情的發(fā)病人數(shù)也減少。

該文通過(guò)數(shù)學(xué)模型與氣象因素結(jié)合較好地反映了廬江縣2011—2015年手足口病病例的分布及與氣象因素的關(guān)聯(lián)情況，預(yù)測(cè)出2016年的發(fā)病趨勢(shì)，為有關(guān)部門(mén)在高峰期到來(lái)時(shí)提早采取措施，遏制疫情蔓延提供了科學(xué)參考。