中国人感染H7N9的时空传播特性分析

王保云 金珠 王婷 董雯 周希 孙显辰 刘粉连

摘 要：為揭示中国人感染H7N9疫情的时空发展规律和演变规律，基于2013年至2017年人感染H7N9统计数据，分别进行时间序列和标准差椭圆分析。首先以月为时间单位分析疫情时间序列，识别疫情的高峰期和低谷期，在此基础上将整个疫情期进行阶段划分，并对各阶段的疫情变化规律进行分析。然后根据疫情病例的发生位置建立标准差椭圆，通过各阶段椭圆中心、方位角和面积大小的变化刻画疫情的扩散情况。最后，通过对3个典型区域在时间和空间上进行分析，进一步验证疫情的扩散规律。结果表明：每年12月至次年5月为疫情高发期，尤其是1月和2月，这2个月病例数占比高达51.74%;每年的9月为疫情低谷期，是疫情扩散阶段的划分点。在整个疫情期间，病例数呈上升、下降、爆发和归零的趋势;空间上，标准差椭圆的中心从湖州市向抚州市、衢州市转移，椭圆覆盖区域也由较为集中的沿海地区扩展到内陆地区，说明前期的控制措施不够得力，防控效果不明显，使得疫情出现了蔓延的趋势。后期采取了严格措施使疫情得到了有效控制。研究中国人感染H7N9的时空传播机制规律，可为中国传染病的预测与防治提供一定的理论和实践参考。

关键词：地理信息系统; 时空分析; H7N9; 禽流感; 时空特征

中图分类号：P208;R511.7 文献标识码：A

doi：10.7535/hbkd.2021yx02006

Analysis of spatio-temporal transmission characteristicsfor H7N9 infection in China

WANG Baoyun1，JIN Zhu2，WANG Ting3，DONG Wen4，ZHOU Xi2，SUN Xianchen2，LIU Fenlian2

（1.School of Mathematics，Yunnan Normal University，Kunming，Yunan 650500，China; 2.School of Information Science and Technology，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500，China; 3.School of Foreign Languages & Literature，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500，China; 4.Faculty of Geography，Yunnan Normal University，Kunming，Yunanan 650500，China）

Abstract：To reveal the temporal and spatial development and evolution of human H7N9 infection in China， based on the statistical data of human H7N9 infection from 2013 to 2017， time series and standard deviation ellipse analysis were performed. Firstly， the epidemic time series was analyzed with month as time unit， and the peak and trough periods of the epidemic were identified. On this basis， the whole epidemic period was divided into stages， and the epidemic change law of each stage was analyzed. Then the standard deviation ellipse is established according to the location of the epidemic cases， and the spread of the epidemic situation is described by the changes of the ellipse center， azimuth and area in each stage. Finally， through the time and space analysis of the three typical areas， the spread law of the epidemic was further verified. The results show that， the high incidence period is from December to May every year， especially in January and February. The proportion of cases in these two months is as high as 51.74%. September of every year is the low point of epidemic situation， which is the dividing point of epidemic spreading stage. During the whole epidemic period， the number of cases increased， decreased， broke out and returned to zero. Spatially， the center of the standard deviation ellipse shifts from Huzhou City to Fuzhou City and Quzhou City， and the coverage area of the ellipse also expands from coastal areas to inland areas. It shows that the early control measures are not effective enough， and the effect of prevention and control is not obvious， which makes the epidemic spread. In the later period， the strict measures had a good effect， and the epidemic situation was effectively controlled. Study the spatio-temporal transmission mechanism of human infection with H7N9， can provide a theoretical and practical reference for the prediction and Prevention of infectious diseases in China.

Keywords：

geographic information system; spatio-temporal analysis; H7N9; avian influenza; spatio-temporal characteristics

禽流感是由禽类烈性感染病的病毒引起的，该病毒本身比较温和，但在传播时因基因发生重组导致其具有高致病性。多数禽流感只在禽类之间传播，个别种类的禽流感病毒会跨物种感染人类[1]。2013年3月底，中国的上海和安徽地区率先发现了此类病例，同年5月，河南、山东、江西、湖南、福建、上海、安徽、江苏等10个省（市、自治区）都出现了H7N9禽流感病例。截止到2018-02-10，广州发现最后一例人感染H7N9，中国30个省、市和自治区共出现了1 695例。疫情的不断暴发和持续蔓延造成了大量人员伤亡，对家禽养殖业也造成了沉重打击，引起了社会的恐慌，严重影响了国家安定和经济发展[2]。

人感染H7N9具有快速传染性，引起了全球范围内研究者的广泛关注[3-13]。董雯等[14]对2013-2014年中国人感染H7N9疫情进行空间可视化和时空分析得出，2014年的病例高发期比2013年的高发期提前，且病例主要发生在中国东部及东南部地区;张人杰等[15]对浙江省2013-2014年人感染H7N9病例进行空间自相关分析得出，浙江省人感染H7N9的发病在时间和空间尺度上均有明显的聚集性;康敏等[16]采用空间自相关分析和时空扫描统计对广东省21个地市，从2013年4月-2015年3月人感染H7N9的发病情况进行了时空聚集性分析，得出广东省人感染H7N9疫情有2个发病高峰，病例主要发生在当年的11月至次年3月;丁鸿等[17]对2013-2016年浙江、广东、江苏、福建、安徽、上海等地人感染H7N9进行时空聚集性分析得出，人感染H7N9疫情发生有区域高发特点;QIU等[18]对2013-2017年长江三角洲区域的人感染H7N9进行疫情方向分布研究得出，中国人感染H7N9的高风险地区是长江三角洲地区和东南沿海地区;黄嘉殷等[19]对2012-2017年佛山市人感染H7N9疫情空间、时间流行特征进行分析得出，该地区疫情存在明显的空间聚集性以及时间聚集性;郜振国等[20]对2014-2017年新疆地区人感染H7N9流行病学进行特征分析得出，新疆地区人感染H7N9死亡率为84.61%，60岁以上男性是新疆地区人感染H7N9禽流感病例高危人群，病例发病时间集中在夏季至冬季;马岩等[21]对2013-2017年浙江省绍兴市27例人感染H7N9病例进行流行特征分析得出，绍兴地区人感染H7N9具有明显的季节性，并得出50岁以上男性人群、农民和基础性疾病患者是感染的高危人群。

上述研究中一些对中国人感染H7N9分析的时间长度较短，时间上没有覆盖中国人感染H7N9整个周期;而另一些只对人感染H7N9疫情发生的部分区域进行分析，空间上具有一定的局限性。本文通过对2013-2017年中国所有省份的禽病数据进行探索性和实证性分析，探索人感染H7N9的时空分布特征及其变动特征，并通过与H1N1猪流感比较，总结出人感染H7N9的时空传播机制规律，为中国传染病的预测与防治提供一定的理论依据和实践参考。

1 资料与方法

1.1 数据来源

病例数据主要来源于世界卫生组织（WTO）官方网站、国内各省卫生与医疗中心和疾病与控制中心公示材料，包括发病时间、就诊时间、性别、年龄和死亡情况以及每个病例的位置（经度、纬度）等详细信息。省界矢量图来自中国国家基础地理信息中心网站（http：//ngcc.sbsm.gov.cn） 。

1.2 研究方法

1.2.1 疫情时间分布分析

2018-01-01至今，全国只发生了2例人感染H7N9。相比于2013—2017年间的病例数，可认为是偶发事件。因此本文着重研究2013-2017年间的人感染H7N9的时间分布。将病例数据按时间排序后以月为单位进行统计，通过观察月病例数的多少得出禽流感暴发的高峰期和低谷期。

根据中国人感染H7N9的高峰、低谷期，本文将总疫情按照一定的时间长度分为5个阶段，采用描述性统计分析方法对每个阶段病例数进行分析，探究中国疫情在每个阶段的具体情况以及疫情在时间上的变化规律。

1.2.2 疫情空间分布分析

本文将每个病例数的经、纬度导入ArcGIS 10.3中，利用空间分析工具中的标准差椭圆分析方法分析疫情。在进行标准差椭圆分析时，将椭圆的标准差数设为一个标准差，根据椭圆的平均中心、方位角以及椭圆的面积大小确定疫情的中心点、方向和范围。由于每个阶段的疫情不同，因而最终会得到疫情在空间上扩散的动态变化。

1.2.3 典型区域分布分析

典型区域包括长江三角洲及周边地区、珠江三角洲及周边地区和京津冀区域。其中长江三角洲区域的上海和安徽两地是中国人感染H7N9的首发地区;珠江三角洲包含广东、香港、澳门，地理位置比较特殊，且该地区疫情具有突发性;而京津冀地区包含中国首都北京所在地，疫情较轻且具有较长时间的稳定性，所以本文将这3个区域的病例数按月进行统计并用时间序列分析方法探究疫情的时空分布规律以及差异。

2 分析与讨论

2.1 疫情时间分布分析

自2013-03-13发现第一起病例至2013年末，全國共发现了143例。2014年病例数增加到356例，2015年、2016年病例数有所减少，分别为230例、235例。2017年疫情最严重，病例数达到729例。

2013-2017年中国人感染H7N9的低谷期是每年6-10月、高发期是每年的12月-次年5月，高发期新增病例数占总病例数的84.82%。其中2013年病例数的高发期在4月，有117例，占该年总病例数的81.82%;2016年疫情的高发期是1-3月、5月、12月，4月新增病例数较少（只有5例）;2017年疫情的高发期是1-6月，其中2月病例数最多，共236例，6月病例数降至40例，如图1所示。

根据人感染H7N9的5个峰值将总疫情分为5个阶段，如表1所示。第1阶段病例数较少，共有134例;第2阶段病例数增加了2倍多，达到338例;此后第3和第4阶段病例数一直在减少，病例数分别为247例、144例;但到第5阶段时感染人数急剧上升，疫情最严重，是目前中国人感染H7N9的巅峰期，共有830例，超过了其他阶段病例数之和。

相比H1N1猪流感等[22]控制较好的其他甲型流感，人感染H7N9的暴发次数更多、持续时间更长，对经济、社会的影响更为长久。

2.2 疫情空间分布分析

2013-2017年中国人感染H7N9的空间分布规律较明显，并且疫情的空间分布格局随着阶段的推进而发生较大改变。图2为2013-2017年中国人感染H7N9总病例数的统计图。蓝色表示没有病例数，黄色表示病例数较多，红色越深表示病例数越多。

中国疫情分布广泛，且疫情严重区分布在沿海一带，中西部地区疫情较轻。疫情严重的地区有浙江、广东、江苏、福建4个沿海地区，其中浙江共有340例病例，占全部病例数的20.08%;广东共有278例病例数，占比为16.42%;江苏共有272例病例，占比为16.07%;福建共有129例病例，占比为7.62%。4个省份共有1 019例病例，占中国总病例数的60.19%。疫情较严重的地区是与疫情最严重地区相邻的安徽、上海、湖南3个省，共有61～129例。西部地区疫情较为轻微，新疆共有16例，其他省份感染人数均在5人以下。

标准差椭圆中心的总体变化规律是：以东部沿海地区为起点，逐步向南、向西扩展，如图3所示。第1阶段的疫情标准差中心是浙江省湖州市，该阶段疫情高发地区是江苏、浙江、上海，标准差椭圆以南北方向为主。第2阶段的疫情标准差中心是江西省抚州市黎川县，疫情高发区为江苏、安徽、浙江、广东、福建、上海等沿海城市，疫情比第1阶段严重，由于广东等地病例数增加，导致标准差椭圆方向向西南方向倾斜。第3阶段的疫情标准差中心是江西省抚州市宜黄县，新疆地区的病例数较多，椭圆面积较大，疫情区分布较为分散，由于新疆病例数的增加，使得标准差椭圆的方向转变为西北方向。第4阶段的疫情标准差中心是浙江省衢州市开化县，此阶段疫情非常近似于第2阶段的加重版本，标准差椭圆的中心和方向均与第2阶段相近。第5阶段的疫情标准差中心转移到内陆的湖北省黄冈市，疫情出现了全面暴发现象，全国只有青海、宁夏、黑龙江、海南4个省，自治区没有疫情。

由标准差椭圆中心点与方向性的变化可看出，中国疫情自安徽、上海暴发后开始向南扩散，之后向中西部地区蔓延，疫情在空间上的分布总体呈现出由东部沿海扩散到东南部沿海，并逐步向内陆推进，最终覆盖到大半个中国。

从空间分布的规律来看，人感染H7N9随着时间的演变，传染中心发生了多次转移，但全都位于东南沿海，这一点与其他甲型流感大体类似。所不同的是，H1N1猪流感是通过国际旅行传播的[23-24]，传染中心会暴发于内陆地区（例如西藏），但人感染H7N9的传染中心始终位于水系较为发达的沿海地区，这或许与这些地区禽类数量较多有关。

2.3 典型区域疫情分布分析

从5个阶段的发展来看，中国两大河流中下游均为疫情的暴发区域：长三角地区是疫情的起源地，也是疫情最严重的地区;珠三角地区比长三角地区晚半年发现人感染H7N9病例，其5个阶段的疫情也比长三角地区稍轻。京津冀地区作为旅游、中转人流量最大的区域，出现不少输入性病例，但由于政府管控有力，传播源较单一，因而疫情只在第5阶段出现明显增长。

图4给出了这3个地区的疫情发展趋势。图中横坐标依次代表2013年1月至2017年12月的每一个月份。

2.3.1 长江三角洲及周边地区

长江三角洲的安徽省、上海市是中国人感染H7N9的首发地区，该地区大多处于平原，海拔较低，是中国H7N9疫情最严重的地区。

从时间上分析，该地区从第1阶段到第5阶段疫情均较为严重。从2013年暴发第一起病例至当年年末共有117例，其后2014-2015年病例数先增加后减少，分别为165例、91例，2016-2017年病例数快速增加，特别是2017年病例数增加到258例。该地区每年1月-次年4月都是禽流感的高发时段，其中2013年疫情高发期为4月，占年病例总数的88.03%;2016年高发期为1-3月、12月，占年病例总数的82.76%。

从空间上看，长江三角洲及其周围地区包含4个省和55个城市，共有801起病例，其中浙江（340例）、江苏（272例）、安徽（127例）、上海（62例）。疫情高发于长江三角洲城市集群区，而周围地形地势较高的地区疫情较轻。该区域内浙江省的疫情最严重，其次是江苏省和安徽省，上海疫情与之相比较轻。其中疫情严重的有杭州（疫情最严重，共有95例）、苏州（50例）、湖州（42例）、宁波（40例）、合肥（39例）;其余地方疫情较轻，包括衡阳市、太仓市、桐乡市、安吉市、金华东阳市等疫情区的病例数都在4例以下，如表2所示。

长江三角洲及周边地区属于疫情发展最早、持续时间最长、疫情最为严重的地区。特别是在第3阶段和第4阶段，虽然病例数明显减少，但对传播源的控制依然存在不少问题。无论在时间上还是数量上，该地区都引领了第5阶段的全国疫情大暴发。

2.3.2 珠江三角洲及周边地区

从时间上看，该地區第1阶段仅有1起病例，疫情最轻;第2阶段突然增加到117例，疫情有阶段性突发特征。自2014年起，疫情高发期是每年的1-4月。其中2015年、2017年疫情高发只持续到3月，这期间病例数先减少后增多，减少到2016年12例后于2017年骤增，增加到71例。

珠江三角洲及周围地区中疫情首发地区是广东省，也是疫情最严重地区（278例），香港较轻（21例），澳门仅在第5阶段发现3例，疫情最轻，各地区的疫情从第2阶段骤增。5个阶段，疫情严重的有深圳（51例）、广州（42例）、佛山（26例）、东莞（17例）。疫情严重区发生在珠江三角洲城市集群，如表3所示。

长江三角洲及周边地区疫情较为严重，但没有出现长江三角洲及周边地区的突然暴发情况，特别是在全国大范围疫情暴发的第5阶段，珠江三角洲地区的病例数仍然比第2阶段和第3阶段少。

2.3.3 京津冀及周边地区

该地区疫情在时间上的暴发仅有一个高发期，其他阶段疫情较轻且稳定，疫情仅在2017年4-6月高发。2013年5月该地区首次暴发疫情，至2016年末该地区共有14起病例，逐年发病数分别为2例、3例、1例、8例，疫情稳定;2017年病例数突增（共53例），疫情最严重。可以看出禽流感暴发后几个月都无新增病患者，表示该地区禽流感的传播扩散速度慢，并且在禽流感暴发后得到了强有力的控制。

京津冀及周边地区包含3个省（市），包括北京、天津、河北，共有67起病例数，其中疫情最严重的是北京市（34例），其余地方疫情较轻，天津市有5例，河北有28例。保定、沧州、承德、廊坊、石家庄、秦皇岛、衡水等地最多有7例。疫情集中在北京及其近邻的几个城市，如表4所示。

京津冀地区的人感染H7N9一直得到了很好的控制。随着输入病例的增多，在第5阶段也出现了较多的感染病例。总体来讲，京津冀地区的疫情预防工作做得较为扎实。

3 结 论

1）2013-2017年，中国人感染H7N9的发生具有明显的时间分布特性：疫情暴发于当年12月-次年5月，具有明显的季节性，即疫情在每年的冬春季节暴发，夏秋季节病例少。

2）疫情还具有明显的空间分布特性：疫情集中发生在东南沿海一带，广东、浙江、江苏最严重;疫情次严重区是与重灾区相接的福建、安徽、上海、湖南;西部地区也有疫情发生，其中新疆地区的疫情在西部来说较严重;此外还得出了中国没有暴发H7N9禽流感的地区，即青海、宁夏、黑龙江、海南4个省、自治区。从标准差椭圆分析中还可以得出疫情在空间上的动态变化：疫情范围由东部沿海的上海、安徽等地区扩散到东南部沿海的福建、广州等地区，最终扩散到四川、西藏等近大半个中国。研究期间5个阶段的疫情标准差椭圆平均中心都处于中国东部地区。

3）典型区域分析中，3个典型区域的选择代表了各个地方疫情有所不同，即一些省份疫情严重，一些则较轻，而另一些疫情则很少。其中长江三角洲疫情具有明显的高发期和低谷期，珠江三角洲属于阶段性突发，而京津冀地区则相对稳定。此外，京津冀地区疫情暴发没有明显季节性特征，该地区在前4个阶段病例数零星，仅有第5阶段疫情在春季暴发。

综上所述，研究期间中国人感染H7N9的传播具有明显的时间聚集性和空间聚集性。本研究存在不足：其一，本文收集的中国人感染H7N9病例数据来自WHO网站所公布的数据以及各省疾病与控制中心等网站，收集到的数据可能比实际数据少。其二，本文研究的主要是疫情的传播时空特性，并没有考虑其他因素可能对疫情的影响，如气候、气压、河流、降水、交通、人口流动等人文因素和环境因素。今后将结合多种影响中国人感染H7N9的有关环境和人文因素进行深入分析，为及时监测并预防禽流感提供科学依据。

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