气候变化对传染病爆发流行的影响研究进展

李国栋，张俊华,*，焦耿军，赵自胜

(1. 河南大学环境与规划学院， 开封 475004； 2.兰州军区兰州总医院安宁分院， 兰州 730070)

气候变化对传染病爆发流行的影响研究进展

李国栋1，张俊华1,*，焦耿军2，赵自胜1

(1. 河南大学环境与规划学院， 开封 475004； 2.兰州军区兰州总医院安宁分院， 兰州 730070)

全球气候变化已影响到传染病发生、传播与变化的各个环节，从病原体及其携带者、传播途径和人体自身抵抗力等方面直接或间接影响传染病的发病趋势，从而对人类健康造成了巨大的威胁。所以加强对气候变化与传染病间关系、预测预报研究，对进一步认识、预防和控制传染病的爆发流行具有重要意义。阐述了全球气候变化对生物物种的地理分布和人类健康的影响，气候变化改变了生物物种的地理分布范围，增加了某些物种的潜在分布区域，并造成生物物侯期的改变；同时，极端气候事件成为导致种群数量波动的一个重要驱动力。气候变化对人类健康有直接和间接影响，它使得传染病发病率增加、传染病分布范围扩大、人群对疾病易感性增强。评述了气候变化对疟疾、登革热、霍乱、流行性乙型脑炎、流感、SARS、肠道传染病、鼠疫、血吸虫病等常见传染病流行机制和传播过程的影响研究进展。评述了传染病和气象因子关系分析中常用的定性和定量分析方法，传统的研究多以定性分析为主，方法较单一；目前，利用流行病学资料与同期的气象因子进行单因素相关分析、多元回归分析是常用的研究方法；主成分回归分析、逐步判别分析、灰色关联分析法、RS和GIS等方法近年来逐渐得到应用；数学建模、实验室生物学仿真实验方法是今后需强化的方向。提出了该研究领域国内外研究普遍存在和亟待解决的问题，针对目前的研究现状和存在的问题，提出了未来的研究重点和发展方向。

气候变化；传染病疫情；关系；研究进展

全球气候变化问题已成为各国政府、社会公众以及科学界共同关心的重大问题。它对全球生态系统的结构、功能和过程产生了重要影响[1]，同时对世界各国的社会、经济、政治外交等产生了重大影响。IPCC第四次评估报告显示[2]：20世纪全球气温平均上升0.6℃；北半球中、高纬度地区降水量增加5%—10%，热带、亚热带地区降水量却减少3%；全球极端气候事件的频率和强度不断增加。IPCC预测：如果不控制温室气体的排放，到21世纪末，全球平均气温在1999年的基线上将再上升1.1—6.4℃。虽然有各种争论，但越来越多的科学事实证明近百年的气候变暖是显著的。气候代用资料表明，20世纪的变暖在全球和中国都可能是近千年中最显著的[3- 5]，其增暖趋势和增温程度可能高于中世纪温暖期的水平(950—1300 AD)[6- 9]。中国近100年来年平均气温明显增加，达到0.5—0.8℃，比同期全球增温平均值略高[10- 12]。综合各种气候预测模式，未来100年全球气温将升高1.4—5.8℃，全球特别是北半球中高纬度地区的降水量将增加[13- 14]。Rezza[15]指出气候的任何变化都会影响到自然生态系统、社会经济及人体健康，气候及环境变化又对人类健康造成了多方面的直接或间接影响，其中，气候变化产生的健康效应中，最重要的一个方面就是对传染病爆发和传播的影响[16- 17]。因气候变化而导致的气候变暖、海平面上升、极端天气、水灾、干旱、空气与水质、媒介生态学等一系列问题，正直接或间接地影响许多传染病的传播。Bryant[18]研究表明,76%的传染媒介生物或病原体受气候影响，有40%的传染病在全球变暖条件下被传播的更快。Gale等[19]预测气候变化将增加传染病侵入欧洲的风险；Atul等[20]预测，伴随气候变暖，一些虫媒传染病将殃及世界40%—50%人口的健康。WHO[21]呼吁人们关注传染病，指出：正处于一场传染病疾病全球危机的边缘，没有一个国家可以躲避这场危机。

1 气候变化对生物物种的地理分布和人类健康的影响

全球气候变化改变了生物物种的地理分布范围[22- 23]，扩大了某些物种的潜在分布区域[24]，并造成生物物侯期的改变[25- 26]。受益于气候变化的物种，它们的分布范围会随着种群的壮大而扩展[27- 28]。Parmesan[29]和Root等[30]发表在Nature杂志上的结果都表明，温度升高、降水格局变化及其他气候极端事件，已经对物种造成了广泛的影响。Bridges等[31]、Post等[32]、Christoph等[33]研究都指出，气候变化特别是降水变化会影响到物种的丰富度、存活率、产卵日期、繁殖成功率、生长速度和行为等。全球气候变化已使物种受到很大的冲击,全球气候变化直接的表现是温度升高，但由于不同地带温度升高的不均衡性，及其连带其它气候因子相应的改变，加上这些地带本身环境的差异, 温度的升高对这些不同地带的动物生境产生不同的影响结果[34]。Pounds[35]认为全球气候变暖引起的疾病传播导致许多两栖动物已经或接近灭绝。尽管有关气候变化对种群大小影响的精确机制还没有形成定论，但Parmesan[36]经过多年的观察研究得出，极端气候事件是种群数量波动的一个很重要的驱动力。随着全球气候变化，极端气候事件发生的频率和强度大大增加，干旱和洪水被证实会加重食源性、水源性传播疾病的风险，洪涝灾害可引起某些虫媒病以及水传播疾病, 持续的高温热浪天气会导致一些虫媒传染病，如疟疾、登革热等的流行[37]。Warren等[38]指出：一些频繁的极端气候事件, 经常引起一些昆虫的大暴发，从而引起相应虫媒传染病暴发流行。对于独立气候变化，如ENSO现象是一种周期性的气候事件，某些虫媒传染病的传播模式与ENSO现象有关[39]，ENSO现象影响了亚太地区登革热的暴发，在南美洲、亚洲和非洲，疟疾传播对源于厄尔尼诺的气候变化很敏感。

气候变化对人类健康的影响主要表现在：传染病发病率增加、传染病分布范围扩大、人群对疾病易感性增强。气候变化的直接结果是极端气温、强降雨量和气候相关的自然灾害直接导致死亡、伤害和疾病。气候变化的间接影响表现为：热带的边界会扩大到亚热带，温带部分地区会变成亚热带[40]，Gould等[41]、Greer等[42]认为由于热带是细菌性传染病、寄生虫病、病毒性传染病最主要的发源地，而随着温带地区的变暖，造成这些疾病的扩散；适宜媒介动物生长繁殖环境时空范围扩大，从而使细菌和病毒的生长繁殖时空范围扩大。如由于气候变暖导致的海水温度升高，使得副溶血性弧菌已扩散到了阿拉斯加州[43]；气候变化延长了钉螺、血吸虫生长发育季节，导致我国钉螺和血吸虫病流行区向北迁移扩散，并在2050年有明显的扩大[44]；疟疾只分布在冬季最低气温16 ℃以上的区域，而由于气候变暖，疟疾将向拉丁美洲、非洲、亚洲以及中东等高纬度地区扩散[45]；气候变化导致一些传染病媒介向高海拔扩散现象，登革热以前只在海拔1000 m以下的地区发生，而现在哥伦比亚海拔超过2000 m的地区发现了登革热和黄热病的媒介昆虫[27,46]。此外，气候变化通过海平面升高引起的人口迁移导致传染病和心理疾病的增加，通过影响空气质量导致呼吸道传染病增多，通过影响社会、经济和人口导致更广范围的公共卫生问题[47]。刘起勇[48]研究认为，在气候变暖对传染病影响中，以媒介生物传播的相关传染病最为敏感，一方面由于媒介生物的时空分布易受气候因素的影响；另一方面病原体在媒介生物体内的繁殖与扩增也受到气候因素的影响。两方面因素的联合作用，使得媒介生物性传染病的时空分布与气象因素有着密不可分的关系。所以我们应尽早及时掌握其中的发展规律，才能制定具有针对性的政策和策略，以便有效的应对和适应气候的变化。因此，SCIENCE周刊向科学界发出呼吁：气候变化似乎正以不同的方式影响着生态系统中动植物传染病的传播，因此必须加大这一领域内科学研究的力度。

2 气候变化对常见传染病暴发流行的影响

2.1 疟疾

疟疾是全球流行最严重的虫媒传染病。据估计全世界有1/ 20 的人口患有疟疾，每年有3.5亿新病例，约200 万人死于该病[49]。疟疾的致病源是疟原虫，它们以疟蚊作为传病媒介，通过雌蚊叮咬吸血来传播病原体。疟疾的分布和传播与温度、降雨量和湿度等环境因素密切相关。气温和降雨量对疟原虫终末宿主蚊虫的繁殖及蚊体内疟原虫的发育产生影响，雨量和湿度则影响蚊虫孳生地的分布[50]。疟疾一般传播到冬季等温线为16℃的地区，低于此温度，疟原虫就不能存活，所以疟疾分布有地区性。间日疟原虫孢子增殖时间在14.5℃时为105 d，而在27.5℃只需8.5 d，气温升高对虫媒传染病传播速度的影响突出[51]。刘体亚等[52]利用邳州疟疾发病资料及同期气象资料，通过相关分析和多元逐步回归分析发现，月平均最低温度和湿度成为影响疟疾发病的主要气候因素。疟疾的传播可因厄尔尼诺所致的高温而增加[53]，特别在秋季和冬季。Gagnon等[54]有关南美洲ENSO与疟疾流行关系的研究表明：哥伦比亚、圭亚那、秘鲁和委内瑞拉的疟疾流行与ENSO相关；玻利维亚、厄瓜多尔和秘鲁的疟疾流行与强烈的厄尔尼诺所致的暴雨有关。

全球变暖使传染病媒介数量增多，从而造成的传染病威胁在热带和亚热带要更严重些[51]。由于气候变暖可使蚊子生存范围扩大和媒介效能增强[55]，按GCM模型预测，2100年全球平均温度升高3—5℃, 则疟疾患病人数在热带地区增加2倍，而温带超过10倍；PIM疟疾传播模型是迄今为止最佳的预测模型，据此模型，如全球平均温度升高3℃, 媒介按蚊的分布区扩大，将导致世界人口受疟疾影响的比例将可能由现在45%增至60%，每年新增5000—8000万疟疾病例。

2.2 登革热

登革热是一种蚊虫传播的病毒性疾病。登革热主要传播媒介是埃及伊蚊和白纹伊蚊。气候变化对登革热疫情的地理分布和扩散有明显影响，据测算，全球的登革热病例在过去的50 年增加了30倍，目前，每年全球有25—50万登革热病例[56]，郑学礼等[57- 58]指出气温是影响登革热传播的重要因素，当气温升高时，病毒在蚊虫体内的潜伏期缩短，蚊虫叮咬人群的频率加快，传播登革热病毒的蚊虫分布区域也可能扩大。登革热病毒在蚊体内繁殖复制的适宜温度在20℃以上，低于16℃时不繁殖，登革热流行也随即终止。Chadee等[59]发现西印度群岛的特立尼达岛降雨量与登革热发病率显著相关，且在6月与11月间形成明显的登革热季节；Hales等[60]发现南太平洋地区10个岛国的南方涛动指数与登革热发病率呈正相关，其中5个岛国的SOI与气温或降雨量有关。由ENSO引起的气候变化导致登革热发病率增加，在某些南太平洋岛国，登革热流行与拉尼娜所致的热而潮湿的天气有关。

由于持续寒冷天气会杀死成蚊、过冬的虫卵和幼虫，目前，登革热病毒只在北纬30度和南纬20度之间的热带地区传播。气候变暖，能使虫媒和疾病的分布扩散到较高纬度或海拔较高的地区[51]，到2100年登革热的传播地区可能向气温相对较低的地区延伸1600 km。

2.3 霍乱

气候变暖对水传播疾病的影响，最典型的是霍乱和副霍乱。IPCC第四次评估报告认为，受气候变暖影响, 21世纪中期, 亚洲由于旱涝灾害引起的腹泻疾病发病率将会上升, 部分地区霍乱发病率也会增加。近年，霍乱流行的生态学观点越来越受到科学界的重视，认为生态系统的失衡与霍乱大流行有关[61]。霍乱弧菌在外界水体中维持存活的最适宜温度为22℃，流行季节的水温多在20—30℃。全球变暖，具备这样水温的区域必将扩大，当地疫情也将随之蔓延传播。非洲是受霍乱影响最严重的大陆，在非洲热带大西洋沿岸一些国家，研究发现霍乱的爆发与降雨量增加的2—5a的周期同步。在孟加拉海湾, 气候变化与霍乱流行的关系日益明显，霍乱具有明显的夏秋季发病率升高的特点，Hashizume等[62]通过研究孟加拉国每周霍乱病例数与降雨量的关系，发现降雨量对霍乱发病率有影响, 平均降雨量较阈值(45mm)每增加10mm或减少10mm，均导致霍乱每周就诊病例数的增加, 分别增加14%和24%, 且均有统计学意义。 霍乱的流行可能与厄尔尼诺有关，Rodo等[63]在ENSO日趋活跃的1980—2001年, 孟加拉海湾霍乱流行与ENSO显示出持续而强烈的联系；南美洲1991年曾发生致死性霍乱流行，厄尔尼诺现象可能是其爆发的元凶，太平洋增暖的环流刺激携带霍乱弧菌的浮游生物生长，为霍乱在南美洲19个国家流行创造了条件。

2.4 流行性乙型脑炎

流行性乙型脑炎(简称乙脑) 是由乙脑病毒引起、由蚊虫传播的一种急性传染病。库蚊是乙脑的主要传播媒介，而蚊虫的生存、发育、繁殖受气温、降水量的影响。乙型脑炎病毒在蚊体内发育时，气温低于20℃失去感染能力，26—31℃时体内病毒浓度上升，传染力增强。冬季气温低时，蚊虫停止活动，所以不可能有乙脑传播。平均气温在25℃以上时，蚊虫密度大，吸血频繁，所以乙脑的流行季节在夏季，如对镇江市常见传染病发病资料和同期的气象资料分析发现：乙脑绝大多数病例集中在夏季6—8月，占全年发病数的98%，另外还有2%发生在5月份，其它月份没有乙脑发生[64]。刘自远等[65]采用灰色关联分析法对开江县乙脑发病率与气象因素分析发现，乙脑发病率与7—8 月平均气温和7—8 月平均日照时间呈显著正相关，流行季节气温越高则相应的乙脑发病率愈高。高春廷等[66]通过对灰色关联度模型研究表明，与乙脑发病率关系最密切的气象要素是湿度或温度，证实了乙脑的发生受到湿度、温度、水汽压、降水日数等气候要素的影响，与运气理论对乙脑发病的解释为暑热和暑湿十分吻合。在全球气候变化背景下，乙脑传播主要媒介( 库蚊) 的地理分布区已发生了明显的改变且向非流行区扩散。2009 年，研究人员在西藏采集的三带喙库蚊标本中，成功分离出了乙脑病毒，预示着该病毒已向曾经认为不会造成乙脑流行的高原地区扩散[48]。近年来，这种扩散趋势在其他国家和地区也被逐渐发现。

2.5 流感

流感发病与气象条件的关系十分密切，特别是季节性天气变化转折时期。冬季是流感发病的高峰期，夏季为低值期。国外有的学者将气温高低作为诱发流感的关键因子，譬如，Urashima等[67]通过建立季节模型模拟了东京每周天气状况与流感病例的关系，发现若每周中最高气温gt;10℃的天数越少，湿度lt;60%的天数越多, 则每周流感病例数越多；Lowen等[68]通过生物学实验表明：流感传播的最适宜湿度为20%—25%，当湿度上升至80%时，流感传播被完全阻断；气温5℃时流感传播的可能性gt;20%，当气温上升至30℃时，流感传播被完全阻断。与上述国外主流观点不同的是，国内一些学者[69]则认为：季节转换时期有关气象要素的突变才是触发流感的关键，其中尤以气温突变为明显。流感一类的呼吸道疾病，其发生、蔓延与气象上的冷热变化有很大关系，尤其是在季节转换时出现的冷热变化最易引发此类疾病，至于气温高低本身并非诱发流感的关键因子。流感发病高峰在冬季，这是因为冬季强烈的大气扰动，导致北方寒流南侵和锋面过境造成气温骤降，相应呼吸道疾病患者猛增。此外，流感的爆发流行与ENSO气候事件也有关系，如Choi等[70]、Viboud等[71]的研究表明：流感死亡率时间曲线在ENSO发生年份与正常天气年份有所不同，正常天气年份流感的死亡率比ENSO发生年份高3倍，说明ENSO影响流感的爆发。

2.6 SARS

SARS是由一种新的冠状病毒引起的传染病。特定的气象条件对SARS的发病率具有一定的影响，国内学者利用SARS流行病学资料与气象资料从不同角度开展了各具特色的研究。北京、香港两地SARS高发期的波动量与确诊前7—10 d的最高气温、最低气温、气温日较差、日照时数呈显著负相关；气温偏低、气温日较差小、日照时数少或云量多的天气条件，有利于SARS的扩散和传播[72]。Bi等[73]使用Pearson相关分析与危险因素负二项回归分析对2003年北京市与香港每日新发SARS病例数与气象资料进行分析发现：SARS暴发与气温参数呈负相关，与气压参数呈正相关。罗伯良等[74]利用北京、广州、太原和长沙四地SARS病例资料和气象资料进行了时间相关、地域对比分析发现：有利于SARS病毒传播流行的气象条件为：13℃lt;温度lt;27℃，干燥少雨。温度过高或过低会影响到SARS病毒、感染和扩散。当最低气温、平均气温较低和空气干燥时，预示后期发病人数有较大增加。每次降温过程的出现预示着SARS发病人数将增加。王铮等[75]对SARS疫区流行期的气候特征作了统计分析，发现它们共同的特征是月均温在5—22℃，降水偏少，约在90mm以下，其中疫情爆发月均温13—17 ℃。在疫区, 如果出现气温日较差较小、大气污染指数高的天气，大约8天后出现疫情峰值。提出了SARS 流行的气候风险作为认识SARS 流行的季节性风险的基础,结论是并非所有区域在冬季都会出现最大风险, 但全国在夏季是普遍安全的。

2.7 肠道传染病

许多肠道传染病的发病率都呈现明显的季节性增加。综合目前的研究成果发现，温度和湿度可以直接影响肠道传染病病原体的繁殖及在环境中的生存时间，气温升高有利于细菌性病原体在外界环境中的存活与繁殖，使得适宜存活的区域扩大。此外，苍蝇在气温高时繁殖多、发育快，数量增多，如春、夏季气温偏高，苍蝇传播痢疾的作用增大会造成细菌性痢疾的流行。气温与细菌性痢疾病例数成正相关关系，同时，不同气候地区的结果不尽相同[48]。Checkley等[76]在秘鲁的一项研究表明气温每升高1℃可以导致患严重腹泻的危险增加5%；Zhang等[77]发现济南市细菌性痢疾的流行与最高气温、最低气温、降雨量、相对温度以及气压相关，其中最高气温每上升1℃，菌痢发病数将增加超过10%；安庆玉等[78]发现气象因素影响大连市肠道传染病发病的时间分布规律，表现为随着气温的升高、日照时数的减少和风速的下降，大连市细菌性痢疾的发病高峰日前移；汤巧玲等[79]指出最有利于痢疾发病、传播的气象因子是温度、降水量，北京地区痢疾的发病集中于夏秋之季，痢疾发病与当年和前1年的气温、风速和相对湿度均相关。极端气候事件如干旱、水灾、持续高温的年份，往往是痢疾的多发年，1997—1998年厄尔尼诺期间，秘鲁的高温与儿童腹泻而住院的人数显著增多相关。研究发现水、旱灾可通过不同形式促成肠道传染病发病率升高[80]。

2.8 鼠疫

鼠疫是由蚤传播的甲类传染病，鼠疫由鼠疫耶尔森菌引起，通过贮藏在大家鼠上的蚤——印鼠客蚤传播。鼠疫在世界历史上曾有多次大流行，在3个有记载的大流行期间导致了大约2亿人死亡，最近一次鼠疫大流行就是在中国起源的。鼠疫是自然疫源性疾病，气候变化及其引起的生态环境的改变必然对宿主(鼠)或媒介(蚤类)产生深刻影响，进而影响人间鼠疫的发病。蚤类在20—30℃间最活跃，相对湿度为90%时比低于30%时生命期长4倍。1880—1950年的气候增温期与鼠疫高发期一致。随着1976年以来气温和湿度双双呈上升趋势也使这些地区的疫源地范围发生变化和扩大。1994年印度鼠疫的大爆发也与酷热的夏季和不寻常的季风气候条件密不可分。我国鼠疫流行区和疫源地明显分布在东北到西南的北方草原富钙生态景观和南方东南沿海森林富铁生态景观里，云南省20世纪80年代到2005年常有鼠间人间疫情，2000年广西隆林县和贵州省兴义市暴发了人间鼠疫，雷州半岛是黄胸鼠鼠疫疫源地，2005年5月雷州市乌石镇黄胸鼠密度升高到9.7左右，印鼠客蚤指数达到10.0左右[81]，表明疫源地的现状趋于紧迫，不能放松警惕。目前，气候变化与鼠疫流行的耦合分析成为研究的焦点之一，代表性的研究是Xu等[82]分析了气候变化与中国的人类鼠疫严重性之间的关联，通过分析中国的人类鼠疫数据，160万证实的感染病例，以及中国120个地点的500年降水量、干燥/潮湿指数。结果表明，在气候干旱的北方地区，降水量增加通常会增加鼠疫的严重程度。湿润的环境很可能增加种子的产量和植被的生长，导致跳蚤寄生的啮齿动物有更大的食物来源。反过来这些跳蚤可能携带导致鼠疫的鼠疫耶尔森氏菌。在气候更潮湿的中国南方，降水量增加通常会减少鼠疫的严重程度，这可能是由于跳蚤种群增长被抑制以及由于洪水和其他原因导致啮齿动物死亡率增加。

2.9 血吸虫病

血吸虫病是影响人类健康最严重的寄生虫病之一，分布遍及世界76个国家，中国是全球4个受害最严重的国家之一。血吸虫的中间宿主钉螺与温度、湿度、光照、淹没频率、水深、水位、植被、土壤等自然因素有着密切的关系。钉螺的分布具有地域性， 其生存繁殖与气象因子密切相关。全球气候变化对钉螺的生长与繁殖， 及对血吸虫病传播产生了重要影响。国内相关研究发现，气候变化延长了钉螺、血吸虫生长发育季节，近年来，长江流域钉螺和血吸虫生长发育季节的明显延长；气候变化加快了钉螺、血吸虫生长发育速度，血吸虫在钉螺体内生长发育期缩短，发育速度加快，从而导致血吸虫密度增加。陕西、山东、河北的大部分地区都具备血吸虫生长发育的有效积温条件，气候变化导致钉螺和血吸虫病可能向北迁移扩散，南水北调工程可能使钉螺和血吸虫病向北迁移扩散[83]。杨坤等[84]利用PRECIS气候模型模拟了中国血吸虫病的传播范围和强度的变化，研究表明：相对与2005年时段(1991—2005年)，2050年时段(2046—2050年)和2070 年时段(2066—2070年)在A2、B2 两种温室气体排放情景下血吸虫病分布范围的北界线出现北移。2050年时段，两种情景下的血吸虫病潜在北界线分布相似。长江、洞庭湖及鄱阳湖周边的血吸虫传播指数明显上升，以洞庭湖与湖北省内的长江沿线区域上升更加明显。2070年时段，A2情景下血吸虫病潜在北界线的北移趋势明显大于B2情景，移入到山东省境内。模型预测显示，到2050年，由于气候变化将使血吸虫病例增加500万。

3 传染病疫情与气象因素关系的研究方法

古人已认识到气候与疫疾有显著的相关性，并出现了一系列对两者关系探讨的理论著作，影响较大的有《内经》、《伤寒论》和《温疫论》。《内经》的《素问遗篇·刺法论》和《素问遗篇·本病论》中就认为疫病的发生多见于五运和六气之间的阴阳刚柔关系失调的年份，并将重大疫病暴发与流行的年份、节气、气候、气化等因素相联系[85]。《伤寒论》将古代理论医学和临床医学结合起来，确立了临床辨证论治的方法。《温疫论》将瘟病从伤寒当中区别出来，并就瘟疫和伤寒的病因、侵入途径、证候、传变等进行比较和区别[86]。总结起来，古代对瘟疫与气候的关系研究有以下特征：研究方法比较单一；已认识到两者间的联系，但没有足够的证据证明；多以极端气象与气象灾害分析，极少从宏观的气候趋势来分析。

目前，越来越多的学者已开始利用长尺度的传染病疫情资料和气象数据来定量化的分析二者的关系，数理统计、数学模型等定量化的研究方法逐渐得到应用。Chadee等[59]利用单因素相关分析方法对西印度群岛的特立尼达岛的降雨量与同期登革热发病率进行了关系分析；郭文利等[87]利用多元回归分析法建立了北京地区痢疾月发病率及猩红热月发病人数与气象要素的回归方程；安庆玉等[78]对气象因素与细菌性痢疾发生的关系通过单因素相关分析和多元回归分析，应用圆形分布法探讨了肠道传染病发病的时间规律。汤巧玲等[79]对气象资料与痢疾发病人数进行单因素相关分析，将相关性较高的气象因子纳入多元逐步回归分析，建立回归模型，评价其对痢疾发病预测的吻合度；Bi等[73]使用Pearson相关分析与危险因素负二项回归分析对2003年北京市与香港每日新发SARS病例数与气象资料进行分析；廖洪秀等[88]利用主成分回归分析方法研究了细菌性痢疾与各气象因素的关系；郭绶衡[89]利用湖南省近20年的气象资料及传染病流行强度资料，进行计量资料多类逐步判别，拟合出数学模型；Urashima等[67]通过建立季节模型模拟了东京每月天气状况与流感病例的关系；Zhang等[77]利用细菌性痢疾病例数与气候资料建立SAREMA模型，分析了济南市细菌性痢疾的流行与气温、气压、降水之间的关系；杨培荣等[90]应用自回归移动平均(ARIMA)模型建立宝鸡市细菌性痢疾月发病率预测模型；Lowen等[68]通过生物学实验的方法将感染流感的豚鼠放置一房间，以研究气温、湿度与流感传播的关系，获得了流感传播的最适宜湿度、温度；曲波[91]利用相关分析法和BP神经网络法对朝阳市常见传染病发病率和气象因子进行关系分析；郑能雄等[92]进行了福州细菌性痢疾流行与气象关系的BP人工神经网络模型研究，表明BP人工神经网络在气象要素与菌痢发病之间建模是可行的。

对比分析目前传染病和气象因子关系分析常用的这些定量研究方法，发现：利用传染病流行病学资料与同期的气象因子进行单因素相关分析、多元回归分析是最常用的统计分析方法；主成分回归分析、逐步判别分析、灰色关联分析法、RS和GIS等方法逐渐得到广泛应用。数学建模成为以后传染病和气象因子关系分析和预测研究的发展方向，其考虑的因子更加多样，作用过程更加复杂，模拟效果较好，典型的如BP人工神经网络模型、SAREMA模型、ARIMA模型等。此外，实验室生物学仿真实验方法使得传染病和气象因子关系分析研究更加直观、科学，结果也更加接近实际。

4 问题与展望

4.1 国内外研究存在的问题

(1)数据的限制。传染病监测数据，气象监测数据、人口学数据的来源、内容和可信度等都会对研究结果产生直接的影响。由于监测水平的差异，各区域监测数据序列的精度、长度都有差异，尤其是缺乏传染性疾病发病率的准确记录，因此很难评价气候变化是否导致了发病率变化，这需要获得较为全面和详细的发病率数据来为流行病学研究提供基线资料。

(2)气候变化直接或间接作用于传染病流行过程。气象要素既可直接影响传染病病原体与媒介，又能通过改变人群的营养而改变人群对传染病的易感性间接影响传染病的流行[93]。这使得确定人类对气候变化因素的暴露值非常复杂, 且无法找到气候因素的非暴露人群作比较。

(3)病原体、媒介及环境之间存在很多不确定因素，要在气候和传染病间建模，尚需解决许多问题，包括自然因素的筛选、影响因素对媒介分布、传病能力的影响、自然因素、社会经济因素和人类行为因素对疾病传播的影响程度。而目前的许多研究的模型仅建立在单一因素或少数几个因素对传染病的影响上，而使模型预测结果的正确性存在较大偏差[50]。此外，一些模型所基于的假设，亦有待进一步验证。

4.2 研究展望

全球气候变化影响传染病爆发和流行，究其机制可总结为环境、病原体与宿主和被感染者之间的综合关系。首先是病原体问题，它是传染性疾病传播的核心问题，包括：病原体的变异以及与其它病原体的基因交流；病原体的分布改变；病原体生物学习性改变；病原体寄生的中宿主和终宿主改变；已消灭病原体的复苏和新的病原体出现；病原体抗药性增强[94]。其次，人和动物自身对传染性疾病的免疫改变。再次，生态环境的恶化为传染病的传播蔓延创造了条件，为传染性病毒、细菌提供了温床和流行的条件。发达国家在生态环境治理方面取得较好的效果，使得传染病媒介得到较好的控制；但发展中国家在这些方面还有欠缺，因此，全球气候变化对发展中国家潜在的传染病威胁更值得重视[95- 96]。气候变化会增加传染病传播风险，为了应对全球气候变化所导致的传染病扩散的局面，国内外学者们对此进行了积极和有意义的探索，取得了不少有价值的成果，研究目前仍存在较大发展空间，但仍有许多问题有待深入探讨，今后的研究重点和发展方向应放在以下几个方面：

(1)为获得较为全面和详细的发病率数据来为流行病学研究提供基线资料，应加强区域及全球传染病的监测，对传染病发病、流行进行严密的监控，获得详细、全面的监控数据。监测过程中可尝试使用分子生物学技术追踪特定病原体的分布与迁移以研究气候与生态变化对传染病流行的影响等。对于监测数据，应加强数据的共享。

(2)通过气候模型、传染病传播数学模型，预测未来气候变化引起某种传染病的流行范围及强度，建模过程中要充分考虑各种直接和间接影响因素，提高定量分析和预测的准确性；借助RS、GIS 技术以及时空模型[97- 100]，对传染病流行区及毗邻地区的气象要素、厄尔尼诺现象的发生概率以及对疾病传播的概率进行推断与估计；将传染病动力学、生物统计学以及计算机仿真等方法相结合[101]，使人们对传染病流行规律的认识更加深入全面，使所建立的理论与防治策略更加可靠和符合实际。

(3)气候变化对病原体、媒介及宿主影响的实验验证与模拟。通过模拟真实气候环境与传播过程，对气候变化影响下的病原体传染力、侵入方式、侵袭力、致病力、毒力、变异性及抗原性变化与媒介、宿主相互作用进行实验验证。运用实验室仿真实验方法、生物学实验观察方法[102]，来探索病原体及其媒介生物的变化规律和传染病传播规律，使得传染病和气象因子关系分析研究更加直观、科学，结果也更加接近实际。

(4)由于气候变化及其对传染病影响的高度不确定性，要采取积极的公众健康应答措施，建立气象与卫生、环保等部门的合作机制，建设集气象、环境和疫情系统为一体的综合监测业务系统，加强对主要传染病的气候风险评估和气候区划研究[103- 105]。进行环境数据和流行病学数据的整合网络，进行多变量分析和预测。

(5)在研究气候变化与传染病关系时，应在流行病学、气象学、生态学、地理学、环境科学、人口学和数学等学科领域进行跨学科交流，跨学科研究能够在不同的气候环境中预测传染病的传播动态，评估其潜在风险，制定针对性的防控措施。

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Advancesinimpactsofclimatechangeoninfectiousdiseasesoutbreak

LI Guodong1, ZHANG Junhua1,*, JIAO Gengjun2, ZHAO Zisheng1

1CollegeofEnvironmentandPlanning,HenanUniversity,Kaifeng475004,China2AnningBranchInstitute,LanzhouGeneralHospitalofLanzhouMilitaryCommand,Lanzhou730070,China

Global climate change had a significant impact on the structure and function of natural ecosystems, socio-economic and human health. At present, climate change has affected infectious disease occur, spread and change, which directly or indirectly affect the incidence trend of infectious diseases from pathogens and their carriers, routes of transmission, and the human body′s own resistance. Therefore the climate change can further threat to human health. It is important to understand and detect the relationship between climate change and infectious diseases for preventing and controlling the prevalence of infectious diseases, and the impact of climate change on infectious diseases has been concerned in many scientific communities. The domestic and foreign scholars have made a meaningful exploration and got a lot of valuable results about the spread of infectious diseases caused by the global climate change. In this paper, content about the global climate change has important effects on the geographic distribution of organisms and human health was firstly overviewed. Global climate change altered the scope of the organisms distribution, which increasing the potential distribution area for some certain species and further causing the biological changes of these species in their phenophases. The species which are benefit from the climate change, however, their distribution range will be expanded with the growth of population. And the extreme weather events are an important driving force leading to population fluctuations. Lots of studies have proved that the climate change has a direct and indirect impact on human health, which can increase the incidence of infectious diseases, can expand the distribution range of infectious diseases, and finally can increase the human population susceptibility to diseases. The paper was mainly focused on the analyses about the prevalence mechanisms and propagation processes from some common infectious diseases including malaria, dengue fever, cholera, meningitis, influenza as SARS, intestinal infectious diseases, plague, and schistosomiasis. The qualitative and quantitative analysis methods about the relationships between climate change and infectious diseases were reviewed. Traditional researches were mostly qualitative analyses, the method was relatively simple and lack of sufficient evidence. Currently, the univariate correlation analysis and multiple regression analysis have got the most commonly used combined with the epidemiological data and the same period of meteorological factors. Moreover, the analyses of principal component regression and stepwise discriminance are applied in recent years. The mathematical modeling and laboratory biology simulation methods are acknowledged as the future methods in this kind of study. There are also some key scientific issues need to be resolved. For example, problems about the data limitations, how to determine the impact factors of human exposure values to climate change, the climate change and the simplification of infectious etiology chain. Finally, the future research and development direction were also discussed based on the current researches and existing problems.

climate change; infectious disease; relationship; review

国家自然科学基金资助项目(41101088)；河南省教育厅科学技术研究重点资助项目(12A170002); 河南大学自然科学基金资助项目(2011YBZR034)

2013- 06- 05;

2013- 10- 30

*通讯作者Corresponding author.E-mail: oklgd@163.com

10.5846/stxb201306051364

李国栋，张俊华，焦耿军，赵自胜.气候变化对传染病爆发流行的影响研究进展.生态学报,2013,33(21):6762- 6773.

Li G D, Zhang J H, Jiao G J, Zhao Z S.Advances in impacts of climate change on infectious diseases outbreak.Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):6762- 6773.