山东省新型冠状病毒肺炎时空特征研究

山博文，刘亚秋，侯雅娴，王瑷玲*

（1.山东农业大学资源与环境学院，山东 泰安 271018）

新型冠状病毒肺炎(简称新冠肺炎)疫情爆发以来，国内外学者从医学角度对新冠肺炎进行了广泛研究[1-6]。部分学者从地理学角度针对疫情流行的时空变化开展研究[7-12]，但未从山东省区县尺度进行系统研究。因此本研究以时间和空间两个角度，基于整体病例、输入或本土病例数量以及扩散比3个维度，研究山东省疫情发展过程，分析病例性别及年龄构成特征，在区县尺度上探究病例分布空间相关性，为疫情防控提供依据。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

山东省地处中国东部，辖16个地级市、137个县级行政区，总人口10 070.21万人。山东省交通发达，有9个已投入使用的民用机场，其中包括6个国际机场。境内有12个一类口岸，国际机场和口岸主要分布在胶东半岛和沿海。2019年，山东省铁路、公路、水路共完成旅客运量6.7亿人次，年末民用汽车拥有2 351.0万辆，人流量大、流动频繁。

山东省首例新型冠状病毒肺炎确诊病例于2020-01-21，1月24日启动了重大突发公共卫生事件I级响应。截至3月11日共确诊759例境内病例，3月11日以后至9月23日无新增本土病例（除境外输入及本土关联病例外）。9月24日2名青岛港职工被诊断为新冠肺炎无症状感染者，系接触携带病毒的进口冷冻海鲜产品所致。10月12日至10月14日，青岛市相继出现本地感染病例，共确诊13例，经调查本起疫情是青岛港疫情感染者在住院期间因与普通病区的患者共用CT室，引发医院院内聚集性疫情，未发生社区传播。截至10月14日，累计境外输入病例69例，境外本土关联病例4例，基于政府精准严密管控措施，境外输入病例并未在境内大范围传播。

1.2 研究数据

通过查阅山东省及各地市卫生健康委员会发布的疫情通告并结合新媒体信息，收集确诊病例信息。鉴于2020-03-12~2020-09-23无新增本土病例（除境外输入及本土关联病例外），9月24日以后的本土病例因与青岛港无症状感染者密切接触而感染，而3月12日之前的本土病例因接触来自湖北省等高风险区并携带病毒的人群而感染，同时境外输入病例未在境内大范围传播，确定本研究时间段为1月21日至3月11日。共收集了各县市759个确诊病例，提取个体病例的性别年龄、确诊地点和确诊日期等信息。人工甄别病例类型，如果患者发病前14 d内有湖北省等高风险区旅居史并携带病毒入省，则将其归为输入病例，无湖北省等高风险区旅居史在本地被感染或原因不明的病例归为本土病例。除去缺失关键信息的207例病例，本文最终有效病例为552例。

1.3 研究方法

1.3.1 扩散比指数

本研究采用扩散比指标分析新冠肺炎疫情严重程度，即山东本土病例与外省输入病例的比值（式（1））。

式中，K为扩散比；B为本土病例数量；S为输入病例数量。扩散比越大，表示新冠肺炎疫情扩散越严重。

1.3.2 全局空间相关性

地理事物或属性在空间分布上互为相关，呈集聚、随机、离散等形式分布。通过对事物之间的空间相关性研究，可揭示事物之间的空间联系。本研究采用Moran'sI1进行全局空间相关性分析，分析山东省县市尺度新冠肺炎疫情全局空间相关性。

式中，n为山东省县区数量；xi，xj分别为区县病例数量；xˉ为所有病例数量的均值；w i，j为空间权重矩阵；S0为空间矩阵之和。

1.3.3 局部空间自相关

在全局自相关显著性分析基础上，采用局部莫兰指数（Local Moran’sI2）探究各局部区域服从全局总趋势的程度，旨在更加直观地探测集聚或异常值分布的具体空间特征。

式中，各变量同式（2）。

2 结果与分析

2.1 描述性统计特征

根据中国年龄划分标准，划分为童年（0～6）、少年（7～17）、青年（18～40）、中年（41～65）和老年（66岁以上）5个年龄段。从整体病例、输入病例和本土病例三方面统计确诊病例性别占比（图1）及年龄结构（图2）。2020-01-21~2020-03-11山东省确诊病例总体呈现男多女少的性别结构特征，中年人最多、青年人其次、老年人第三的年龄结构特征。

图1 病例性别结构

图2 病例年龄结构

图1表明，山东省确诊的整体病例和输入病例呈现男多女少的性别结构特征，而本土病例呈现女多男少的性别结构特征。输入病例中一半以上患者为男性，推测流动人口以男性为主，整体病例和本土病例中男女占比并未产生明显差别，表明新冠肺炎普遍易感，无性别差异。

图2表明，整体病例和本土病例均呈中年人最多、青年人其次、老年人第三的年龄结构特点。输入病例呈现青年人最多、中年人其次、儿童第三的年龄结构特征。比较输入病例和本土病例发现，本土病例老龄患者为47人，远多于输入病例中的7人。分析个体病例信息发现，老龄患者多因携带病毒的子女回乡探亲而被传染，其次因老年人身体抵抗力差成为易感人群。

2.2 山东省新冠肺炎时序特征

2.2.1 整体确诊病例时序特征

基于统计数据得山东省新冠肺炎疫情发展过程如图3。根据新增病例变化曲线，可将2020-01-21~

图3 山东省新冠肺炎疫情发展过程

2020-03-11山东省疫情发展分为3个阶段，分别为开始阶段、爆发阶段和稳定阶段。

1月21日至1月27日为开始阶段，外省携带病毒人员进入山东省，输入、本土病例逐渐增加，此阶段增长曲线总体稳定上升，新增病例总体呈逐日增加状态。

1月28日至2月10日为爆发阶段，虽然在这个阶段人为管控措施强硬，但由于存在潜伏期，前期未表现症状的患者出现症状，此阶段增长曲线坡度变陡，每日新增病例变化波动较大，均在20例以上，1月28日单日新增病例达到次高峰34例，即2月5日新增病例达到峰值45例。

2月11日至3月11日为稳定阶段，该阶段每日新增病例数虽在2月13日有波动，但总体呈下降趋势，整体病例数量趋于稳定，增长曲线趋于平缓。

2.2.2 不同类型病例时序特征

统计山东省新增输入、本土病例数量的变化情况（图4），截至3月11日，山东省输入、本土病例分别确诊了230例和322例。新冠肺炎在疫情发展的3个阶段表现出不同扩散特征，开始阶段以输入病例为主，爆发和稳定阶段主要为本土病例。

图4 山东省新增输入和本土病例数量

新增输入患者的数量在1月28日达到峰值（24例）后明显趋于下降，本土病例最先在1月25日出现，新增本土病例数量在2月5日到达34例峰值后，同样呈下降趋势。这表明山东省严格的“封路封村”措施对阻断输入有了显著成效。本土病例数量增长趋势与输入病例的增长趋势基本相同，但本土病例的峰值日期比输入病例峰值日期延迟了8 d。根据中国疾病预防控制中心发布的《2019新型冠状病毒疫情进展及风险评估》，新型冠状病毒的潜伏期3~7 d，最长不超过14 d。因此，本土新增确诊高峰比输入新增确诊高峰滞后8 d属合理周期，表明山东实施的精准防控取得成效，输入病例基本被追踪，未出现滞后间隔久的大规模本土病例事件。

2.2.3 病例扩散比时序特征

计算山东省输入、本土病例占比及扩散比的变化趋势如图5。自1月25日本土病例出现后，在疫情的开始和爆发阶段累积输入病例占比总体呈现稳定下降趋势，累积本土病例占比则相反，3月11日累积输入病例占比稳定为42%，累积本土病例占比58%。

图5 山东省输入、本土病例占比及扩散比变化

扩散比曲线与图3增长曲线趋势相似，3月11日扩散比上升至最高，稳定为1.4，即1个输入患者平均传染1.4个本地人。北京实施管制后扩散比为1.5[13]，山东省的扩散比低于北京，再一次印证山东省迅速启动的严格疫情防控措施对阻断外来人员感染同时降低本地传染取得了显著成效。

2.3 山东省新冠肺炎空间特征

2.3.1 确诊病例空间分布变化

截至3月11日，除东营市，山东省15个城市发生了新冠肺炎疫情。根据上述划分的疫情三阶段，选取1月21日、1月27日、2月10日和3月11日4个时间点统计山东省各县市区累计病例数并绘制疫情地图，如图6所示。

图6 山东省不同时间各城市确诊病例的疫情地图

2020-01-21新冠肺炎疫情最先出现在青岛市市南区。1月27日，疫情已经发展到除东营市外的15个城市，济南市市中区、济宁市任城区和威海市环翠区确诊病例总数最多（4例）；截至2月10日，15个地市累计确诊病例数进一步增多，共有97个区县出现确诊病例，其中济南市市中区和聊城市东昌府区累计确诊病例达27例，潍坊市奎文区、泰安市泰山区和威海市环翠区累计确诊病例均突破20例。截至3月11日，山东省共有99个区县出现确诊病例，济宁市任城区累计确诊病例最多，达29例。山东省新冠疫情总体呈东部和南部较重、北部较轻的空间特征。

2.3.2 确诊病例空间相关性

利用GeoDa软件进行空间自相关分析，计算整体病例、输入病例和本土病例的Moran′sI1（表1）。结果表明，山东省区县整体病例和本土病例的全局Moran′sI1指数分别为-0.036 9（P=0.306）和-0.045 3（P=0.246），表明整体病例与本土病例不存在显著性空间自相关性。山东省区县输入病例的全局Moran′sI1指数为0.087（P=0.047），表明输入病例存在全局相关性显著正相关。

表1 山东省确诊病例全局空间自相关分析

计算输入病例的局部Moran′sI2，以县级为单位制作局部空间集聚图（图7）。结果表明，山东省输入病例的高-高集聚区主要分布在济南市的历城区和历下区、烟台市牟平区和芝罘区；高-低集聚区主要分布于德州市的德城区和禹城市、淄博市的博山区、潍坊市的奎文区、泰安市的东平县以及济宁市的任城区和曲阜市；低-高集聚区主要分布于烟台市的莱山区和威海市的荣成市；低-低集聚区主要分布于东营市、潍坊的寿光市和滨州市博兴县。

图7 输入性新冠肺炎疫情空间集聚

山东省新冠肺炎疫情空间扩散过程属于迁移扩散模式[14]，输入病例的空间集聚分布并不完全遵循与湖北省地理邻近特征。交通技术的进步打破了传统的地理近邻特征，扩大了疫情在空间上的传播范围，同时控制输入性风险至关重要，因此应重视在交通出行方面的疫情防控。

2.3.3 病例扩散比空间特征

根据自然间断点分级法将病例扩散比分为4级，绘制病例扩散比空间分布图（图8）。扩散比低的地区分散分布，鲁东、鲁中和鲁南地区疫情扩散形势严峻。分析病例扩散信息发现，海阳市、淄川区和昌乐县一半以上本土病例由家庭集聚所致。东昌府区23例本土病例均因某超市工作人员感染引发的包括家人与同事在内被感染事件，泰安市泰山区5例本土病例系医院集聚所致。因此，扩散比较高的区县多数为家庭集聚性扩散病例。家庭是疫情传播的主要场所，政府应着重加强社区疫情科普宣传工作。

图8 山东省各区县扩散比空间分布

3 结语

本研究从时间和空间2个角度，基于整体病例、输入本土病例数量以及扩散比3个维度，研究山东省2020-01-21~2020-03-11疫情发展过程，分析病例的性别及年龄构成特征，在区县尺度上探究病例分布空间相关性。研究发现：

1）山东省新冠肺炎疫情呈现男多女少的性别结构特点和中年人最多、青年人其次、老年人第三的年龄结构特征，老龄患者主要为本土病例。

2）山东疫情发展经历分为3个阶段，1月21日至1月27日为疫情开始阶段，以输入病例为主；1月28日至2月10日为疫情爆发阶段，2月11日至3月11日为疫情稳定阶段，爆发和稳定阶段以本土病例为主。本土病例数量增长趋势与输入病例的增长趋势相似，本土病例的峰值日期比输入病例峰值日期延迟了8 d，扩散比为1.4。

3）山东省新冠疫情总体呈东部和南部较重、北部较轻空间特征。山东省整体病例和本土病例不存在空间集聚特征，输入病例存在一定空间集聚性，高集聚区主要分布在济南市的历城区和历下区、烟台市牟平区和芝罘区，交通技术的进步打破了传统的地理近邻特征，因此应重视交通出行方面的疫情防控。另外，家庭也成为新冠肺炎疫情传播的主要场所，社区应加强疫情科普宣传工作，公共场所应及时做好隔离、消毒工作。