气象因素与数学模型相结合在庐江县手足口病特征分析及预测中的应用

张慧玲，洪光烈，张丹，琚娟娟

庐江县疾病预防控制中心，安徽合肥 231500

人体健康与气象因素紧密相关，气象因素能影响传染病发生和发展，其变化对传染病在人群中的流行可能产生一定的影响。国内外已有多项研究证实此方法可以很好地进行数据动态分析和运用于传染病预测预警，为卫生行政部门和政府部门对传染病的防控决策提供科学依据[1－4]。2015年安徽省疾控中心龚磊等[5]应用ARIMA模型在进行流感发病预测，为该省流感的防控提供科学理论依据。为防范气候变化所带来的公众健康危害、为公众提供早期预警信息和应对措施，2016年庐江县疾病预防控制中心和庐江县气象局签署《关于开展气象与健康信息发布合作框架协议》。首次用集中度、圆形分布法以及灰色模型和ARIMA模型预测等方法相结合进行季节性传染病发病规律的预测，及时发布公益服务信息。该文以手足口病为例，将有关工作开展情况及实际工作效果报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2011—2015 年庐江县手足口病病例数据及相关信息来自“中国疾病预防控制信息系统”，气象资料来自庐江县气象局。

1.2 方法

该文用描述流行病学对庐江县2011—2015年手足口病发病情况进行统计分析，采用集中度、圆形分布、灰色模型和ARIMA模型分析庐江县手足口病与气象因素的关联及其发病的季节性，预测手足口病发病高峰期及其流行期。

1．2．1 集中度 集中度是表示数据集中程度的指标，用以下公式计算集中度。

其中M表示集中度，R表示离散度，r表示各月手足口病病例数与总病例数的比值，共12个月。

1．2．2 圆形分布 圆形分布可以利用平均角分析疾病的流行高峰时间和流行期，如果数据具有周期性，将其经三角函数变换为线性数据后进行统计分析，这种统计方法叫圆形分布，一般用平均角衡量其集中分布特征。通过以下公式的变换，可以计算手足口病的流行高峰期。其

中f为手足口病月发病数，α为组中值对应的角度，即月中位角，r为圆形分布集中趋势，s为平均角的标准差。用Rayleigh检验可检验平均角是否存在，计算公式为Z=nr2，当样本量足够大(如n＞100)时，可计算平均角的95%可信区间±s。

1．2．3 关联系数的计算 关联系数的计算参考汪丛峰等[6]的方法，首先，对各年度手足口病报告例数进行均值化处理，然后将经均值化处理的合计栏序列作为参考序列，其他各序列作为比较序列，取比较序列与参考序列差值的绝对值，并求出两极最大差△max及和求出关联度 r，该研究确定 r＞0．6为有关联。

1．2．4 发病趋势预测 发病预测用ARIMA模型，通过ARIMA数学建模，对庐江县手足口病发病趋势进行预测，具体方法详见单良的研究[7]。

2 结果

2.1 庐江县手足口病流行概况

2011—2015 年庐江县每年手足口病报告的病例数分别为398例、386例、551例、2153例和528例，报告发病率分别为 40．86/10 万、39．63/10 万、5．375/10万、214．87/10 万和 51．94/10 万。 庐江县 2011—2015年手足口病病例发病男性多于女性，年龄大部分在5岁以下，见图1A。2011—2015年各月份发病见图1B，由图可见，病例的分布显示有季节升高特征，一般从3月份开始增加，4～6月份达到高峰，其中4～7月份报告病例数占总病例数的51．84%。

图1 庐江县2011—2015年手足口病病例年龄和月病例分布图

2.2 集中度计算结果

根据 1．2．1 方法计算结果如下：Rx=0．123 5，Ry=－0．116 3，M=0．169 6。

2.3 圆形分布计算结果

根据 1．2．2方法计算结果如下：

2.4 手足口病与气象因素的相关分析

根据2011—2015年手足口病发病数与月平均气温、平均气压和平均相对湿度按照1．2．3的方法计算得出：手足口病病例数与气温、气压和相对湿度的关联系数为 0．92、0．35 和 0．95。

2.5 庐江县手足口病2016年发病趋势预测

根据 1．2．4方法及 2011—2015年庐江县手足口病发病数通过ARIMA（1,1,1）（2,1,1）模型预测庐江县2016年手足口病发病数，见表1。

表1 2016年1—12月庐江县手足口病实际值与模型预测值比较列表

3 讨论

了解并科学分析传染病的周期性分布有助于政府部门制定预防策略和采取有效防控措施，科学准确判断某些传染病的流行期并根据其流行特征提前采取防控措施。

周期性数据的集中程度可以用集中度来表示，集中度能反映数据的季节性分布程度，其缺点是不能计算疾病的流行时间及高峰期，而圆形分布可以利用平均角反映疾病的发病高峰和流行期，还可以比较不同时间段和不同地区的数据，两者结合能更科学地解释发病的季节性[8－9]。该研究气温和相对湿度与手足口病的发病关联系数为0．92和0．95，提示庐江县手足口病与气温和相对湿度的关联度较强，从2月份开始，庐江县的气温和相对湿度均处于年度上升趋势，EV71和CoxA16等肠道传染病的致病力增强，气温升高孩子们的活动范围增大，手足口病的发病数就可能出现季节性周期上升的趋势，春末夏初适合手足口病暴发和传播，与罗晓凤等研究结果相同[10]。圆形分布计算表明，庐江县手足口病发病高峰一般在5月下旬，流行期从2月6日—9月13日，跨度大约7个月。ARIMA模型预测出2016年手足口病发病高峰主要在4～6月，在11月还有一个小高峰。2016年该中心通过联合教育局、乡镇卫生院防保科等加强手足口病防治的宣传，尤其在4～6月加强幼托机构及学校的监测，2016年上半年庐江县手足口病聚集性疫情起数相比前几年明显减少，且每起聚集性疫情的发病人数也减少。

该文通过数学模型与气象因素结合较好地反映了庐江县2011—2015年手足口病病例的分布及与气象因素的关联情况，预测出2016年的发病趋势，为有关部门在高峰期到来时提早采取措施，遏制疫情蔓延提供了科学参考。