环境因素对新型冠状病毒传播影响的研究现状#

贾思凯 潘明 张卫华 罗涛 邝玉 李婉宜 周琳琳△ 李明远

（1. 四川大学华西基础医学与法医学院病原生物学系，四川 成都 610041；2. 四川省疾病预防控制中心，四川 成都 610041；3. 四川大学计算机学院物联网工程系，四川 成都 610065）

2019年12月，在中国武汉出现了一系列不明原因的病毒性肺炎病例，研究表明其是一种新型冠状病毒引起的病毒性肺炎[1]。2020年2月11日，世界卫生组织将该病毒引起的疾病正式命名为2019冠状病毒病（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）。同时，国际病毒分类委员会将这种病毒命名为新型冠状病毒（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2，SARS-CoV-2）。由于SARS-CoV-2的传播性非常强[2]并在全球各个国家和地区迅速传播开来，2020年3月11日，世界卫生组织宣布COVID-19已在全球大流行。截至2021年1月22日，COVID-19全球累积确诊病例数已达95612831例，死亡病例数已达2066176例[3]。COVID-19大流行给全球各国的公共卫生安全和社会经济带来了巨大挑战。目前，SARS-CoV-2是否会像流感病毒，大流行之后在人群中稳定传播，转变为在全球范围内季节性流行仍未可知。

因此，我们需要了解影响新型冠状病毒传播的各种因素及作用，为预测COVID-19的流行趋势提供科学依据，为减缓甚至遏制COVID-19的全球传播提供参考。

气候因素会影响一些呼吸道病毒传播[4]。例如，在实验室环境下和人群水平的研究都已证明温度和湿度是影响流感病毒传播的重要因素[5-8]；另外，许多研究结果显示，一些空气污染物，如PM2.5、PM10和SO2等会增加呼吸道疾病的感染风险并影响其预后[9]。基于以上结论，在COVID-19暴发后，各国学者深入研究了可能影响SARS-CoV-2SARS-COV-2传播的气候因子和空气污染物。

本文总结了可能影响SARS-CoV-2SARS-COV-2传播的气候因子、空气污染物和其他因素，如人口密度和人口迁移情况等因素的相关研究进展和成果，并指出了一些尚待研究的方面，为今后的相关研究提供参考，为COVID-19的疾病防控提供科学依据。

1 气候因子对SARS-CoV-2传播的影响

虽然不同研究所涉及的气候因子、统计模型等方面各有不同，但大部分研究结果表明，温度、湿度、降水量和风速都可能与SARS-CoV-2的传播显著相关。

1.1 国内相关研究

2020年1月至3月，COVID-19主要在中国暴发和流行。对这一时期病毒流行病学数据的研究表明，SARS-COV-2的传播主要受环境温度和湿度的影响，但结果有一定差异。大部分研究结果显示温度与SARS-COV-2传播显著相关，但一些研究显示温度与SARS-COV-2的传播呈正相关，而另一些显示为呈负相关。如Xie等人发现当平均温度低于3℃时，平均温度与COVID-19确诊病例数呈正线性关系[10]。

Oliveiros等人的研究结果也表明当温度升高时，SARS-COV-2的传播也会变强[11]。而Guo等人对北京、上海、广州、成都这四个城市的研究显示平均温度与SARS-COV-2的传播呈负相关，即温度升高将会延缓SARS-COV-2的传播[12]。此外，Shi等人对中国31个省份的平均温度与COVID-19确诊病例数之间的关系进行研究，结果发现SARS-COV-2传播的最佳温度介于8-10℃之间[13]。除了温度，相对湿度也是影响SARSCOV-2传播的一个重要的驱动因素。大量研究结果显示相对湿度的降低有利于SARS-COV-2传播，如Guo和Oliveiros的研究均指出相对湿度与SARS-COV-2传播呈负相关[11,12]。而Yang等人发现虽然温度和相对湿度对SARS-COV-2传播均有影响，但季节和地理位置不同，其影响也会不同[14]。Qi等人研究了平均温度和相对湿度之间的相互作用，发现当相对湿度在67%至85.5%之间时，平均温度升高1℃会使COVID-19病例的日发生率降低36%至57%。同样，当日平均温度在5.04℃和8.2℃之间时，相对湿度每升高1℃，每天COVID-19病例减少11%至22%[15]。由于中国南北方纬度跨度较大，导致南北方气候差异较大，但各种研究显示，SARS-COV-2的传播在南北方都与当地的温度和湿度相关。另外，气候因子在影响SARS-COV-2传播时，还存在时间滞后效应[16,17]，例如，Shi等人的研究显示，温度对SARSCOV-2传播的影响存在约两天的时间滞后效应[16]。此外，环境温湿度不仅可能影响SARS-COV-2的传播，还有可能影响COVID-19的死亡率。例如，Ma等人就气候因子与COVID-19死亡率之间的关系进行分析，发现平均温度和相对湿度升高会降低COVID-19的死亡率[17]。

1.2 欧洲地区相关研究

自2020年2月末，COVID-19逐渐向全球蔓延，欧洲受到了十分严重的影响。一些学者对欧洲的疫情进行了分析，但研究结果存在一定差异。大多数分析结果显示温度和湿度可在一定程度上影响SARS-COV-2的传播，但仍有一部分学者认为证据不充分。多数研究结果显示温度与SARSCOV-2的传播显著相关，但是温度与COVID-19之间或呈正相关或呈负相关。例如Menebo对挪威的研究[18]和Zoran等人对米兰的研究[19]显示温度与SARS-COV-2传播呈显著正相关，而Cacho等人对西班牙的研究[20]与Fu等人对欧洲几个国家和地区的研究[21]却显示温度与SARS-COV-2传播呈显著负相关。但是，有部分研究显示温度对SARS-COV-2传播影响较为局限，如Briz-Redón等人和Jahangiri等人的研究结果显示温度与SARS-COV-2传播之间的相关性并不显著[22,23]。另一方面，与对中国疫情的研究结果相似，对欧洲疫情的很多研究结果表明，更低的湿度也有利于SARS-COV-2的传播[19,21,24]。对欧洲疫情的研究也发现，温湿度对SARS-COV-2传播的影响有着4-8天的时间滞后效应[21,24,25]。此外，虽然大部分研究显示降水量和风速并不是影响SARSCOV-2传播的重要因素，但是也有部分研究显示降水量和风速对SARS-COV-2传播的影响是显著的。例如Menebo认为降水量与COVID-19新增病例数之间呈显著负相关[18]，Şahin的研究表明较高的平均风速有利于SARS-COV-2的传播[24]。

1.3 美洲地区相关研究

在2020年3月末4月初，美洲开始成为COVID-19疫情的重灾区。与在中国和欧洲的研究结果相似，对美洲疫情的研究结果显示，即使影响程度可能不同，但温度与SARS-COV-2传播显著相关。例如，Prata等人的对巴西的研究表明在低于25.8℃时，每升高1℃，COVID-19新增病例数将减少4.895%[26]。Bashir等人对美国的研究和Auler等人对巴西的研究均显示温度与SARSCOV-2传播呈显著正相关[27,28]。当然，也有小部分研究结果显示温度对COVID-19影响较小，如To等人的研究结果显示虽然温度与SARS-COV-2传播呈正相关，但不具有统计学意义[29]。另外，有学者通过对人冠状病毒HKU1（HCoV-HKU1）和人冠状病毒OC43（HCoV-OC43）两种流行的β-冠状病毒以及流感病毒与比湿度之间的关系进行分析，从而预测比湿度和SARS-COV-2传播之间的关系。该研究指出，在不同气候带，SARSCOV-2的传播可能受到不同气候因子的影响：在较高纬度的温带地区，冬季传播可能增加；而在低纬度的热带地区，高降水量可能会影响其传播[30]。此外，Gupta等人认为可以通过平均温度和绝对湿度预测COVID-19在美国传播的趋势[31]。

1.4 其他相关研究

3月开始，COVID-19的疫情逐渐向全球其他地区扩散，除中国以外的亚洲其他地区也相继暴发疫情，对这些地区的研究也表明温度是影响SARS-COV-2传播的一个重要因素。例如Azuma等人对日本的研究[32],He等人对韩国和伊朗的研究[33]，Tosepu等人对印度尼西亚的研究[34]，Hassan等人对孟加拉的研究[35]，Sasikumar等人对印度的研究[36]均显示温度与SARS-COV-2的传播显著相关。其中，Hassan等人的研究还表明降水量和风速也可能对SARS-COV-2的传播产生影响[35]。另外，3月中下旬，疫情开始在大洋洲暴发，根据P Ward等人对澳大利亚的两项研究发现，澳大利亚的COVID-19疫情与温度相关性并不高，而相对湿度每降低1%，确诊病例会增加7%-8%[37,38]。另外，在4月底5月初时，疫情蔓延至非洲，Adekunle等人的研究发现平均温度和平均风速与SARS-COV-2传播呈显著负相关，而湿度与SARS-COV-2传播的相关性并不显著[39]。

此外，在疫情扩散至全球后，由于气候各不相同的各个国家陆续出现COVID-19疫情，因此许多研究的对象从单个国家或地区拓大到了覆盖全球多个地区。结果显示温度和湿度是影响SARS-COV-2传播的重要驱动因素。如Sajadi等人将全球多个国家和地区的COVID-19确诊病例数同温度和湿度进行了分析，他们发现平均温度在5℃-11℃间，绝对湿度在4-7g·m-3的地区疫情严重[40]。随后Nicola Scafetta将全球国家和地区分为寒带、温带和热带进行分析，结果显示天气温度介于4℃-12℃之间，相对湿度介于60%-80%之间以及低风速（约10 km·h-1）的条件可能有利于SARS-COV-2传播[41]。此外，Bukhari指出，炎热潮湿的天气可能会导致SARS-COV-2的传播速度减慢，但不会终止传播[42]。Huang等人也认为人口密度较高的中纬度地区存在于秋季再次暴发COVID-19的可能性[43]。

总而言之，目前绝大部分研究认为气候因子，尤其是温度和湿度会影响SARS-COV-2的传播，但也有部分研究显示气候因子对SARS-COV-2的传播并不显著。

2 空气污染物对SARS-COV-2传播的影响

近些年来，很多学者通过研究发现空气污染物，如PM2.5、PM10、NO2、O3和CO等会影响人类的呼吸系统，使一些呼吸道病毒更易传播或加重其感染后的严重程度[9]。目前与COVID-19相关的研究中涉及最多的是PM2.5和NO2。此外，还有研究指出，若长期暴露于高浓度空气污染物中会导致血管紧张素转化酶2的过度表达，从而增加病毒感染患者的可能性，而血管紧张素转化酶2的大量消耗又会引起患者的免疫能力下降，导致患者的预后更差[44]。研究发现，空气污染物可能影响SARS-COV-2的传播，但更多的是影响COVID-19的死亡率。

2.1 空气污染物对SARS-CoV-2传播的影响

Setti通过RNA提取和扩增分析发现颗粒物上有SARS-CoV-2的RNA存在，指出病毒可能存在于颗粒物表面[45]，这表明SARS-CoV-2可能以颗粒物为载体传播。而暴露于高浓度的颗粒物中，可能会提高COVID-19的感染率。Li等人研究了疫情暴发初期，武汉市和孝感市的COVID-19发病率与PM2.5和NO2的浓度之间的关系，发现PM2.5和NO2浓度的升高会使COVID-19发病率升高[46]。随后Zhu等人又对中国120个城市的每日新增确诊病例数与六种空气污染物进行分析，发现PM2.5和NO2浓度每增加10μg·m-3每日新增确诊病例数分别增加2.24%和6.94%，说明SARS-COV-2的传播与PM2.5和NO2的浓度成正比[47]。Hassan等人对孟加拉的研究也得到了相似的结果[35]，均显示SARS-COV-2的传播确实可能与PM2.5和NO2相关。

2.2 空气污染物对SARS-CoV-2死亡率的影响

Bashir等人对纽约的疫情进行分析，发现空气质量不仅对COVID-19的新增病例数和总病例数有影响，还与死亡病例数呈显著相关[27]。Ogen等人研究了NO2浓度与COVID-19死亡率之间的关系，发现死亡病例的83%发生在最大NO2浓度高于100 μmol·m-2的地区，指出长期暴露于高浓度NO2与COVID-19的死亡率呈显著正相关[48]。另外，Frontera等人对意大利北部的调查指出PM2.5的浓度与COVID-19患者的ICU率和死亡率显著相关[49]。Wu等人评估了长期暴露于PM2.5中是否与COVID-19死亡风险增加相关，该研究几乎覆盖全美国（占总人口的98%），据分析，PM2.5的仅仅升高1μg·m-3，COVID-19死亡率就增加了8%，结果在统计学上显著，说明长期暴露于高浓度的PM2.5中会增加COVID-19的死亡率[50]。Konstantinoudis等人分析了英国截至6月底的死亡病例数与PM2.5和NO2之间的关系，发现长期暴露于NO2中的人，NO2浓度每增加1μg·m-3，死亡率增加0.5%，长期暴露于PM2.5中的人，PM2.5浓度每增加1μg·m-3，死亡率增加1.4%[51]。但Liang等人认为，虽然NO2与COVID-19死亡率呈正相关，但PM2.5的浓度与COVID-19死亡率不相关[52]。

目前的研究结果显示，空气污染物可能是影响SARS-COV-2传播速率的一项重要因素，而且对COVID-19死亡率的影响更大。长期暴露于高浓度的空气污染物中，可能会导致COVID-19患者的预后更差。

3 影响SARS-COV-2传播的其他可能因素

如上文所述，一些气候因素，如温度和湿度会影响SARS-COV-2的传播，其次空气污染物也有可能会影响其传播，如病毒可能附着于PM2.5上从而传播。而另一方面，人类活动也是传染病传播的重要驱动力，在这个全球化的时代，人们的出行更加多样且便利，人与人之间的交流更加频繁[53]。因此SARS-COV-2的传播可能还与一些人类活动因素有关，例如人口密度和城市化，人口流动和迁移，另外还有一些经济方面如人均国内生产总值（人均GDP）等的因素也有可能与SARS-COV-2的传播有关。

目前的研究对人口密度与SARS-COV-2传播之间的关系有不同的分析结果，如Rocklöv等人[54]、Bhadra等人[55]、Kadi等人[56]和Wu等人[57]的研究结果显示人口密度与SARS-COV-2传播呈正相关，而Sun[58]等人和Nicola Scafetta[41]的研究结果却显示人口密度与SARS-COV-2传播的相关性并不显著。

另外，Skórka等人[59]的研究和Duhon等人[60]的研究均显示城市人口和COVID-19病例数的增长率呈显著负相关。人口流动和迁移方面，研究结果显示人口迁移数的增加有利于SARS-COV-2的传播[57,59,61]，而Wu等人对武汉封城前后疫情情况的分析表明，中国迅速实施的封城政策可以有效减缓SARS-COV-2的传播速度[57]。值得注意的是，人均GDP较高的城市或国家，SARS-COV-2传播速度越快，例如Skórka等人[59]，Wu等人[57]和Qiu等人[62]的研究结果均显示人均GDP与SARS-COV-2传播呈正相关，Qiu等人指出其原因可能是随着经济活动的增加，社会活动也同时增加，人与人接触增加导致的SARS-COV-2传播更快[62]。

4 讨论与展望

目前，疫情仍在全球很多国家和地区肆虐，COVID-19全球大流行仍未停止，发现并了解影响SARS-COV-2传播和COVID-19死亡率的重要因素对于掌握COVID-19的流行规律，预测其未来的流行趋势，以及制定有效的防控措施都具有十分重要的意义。

目前研究表明，一些气候因子如温度和湿度对SARS-COV-2的传播有着显著影响，较低的温度更有利于SARS-CoV2的传播，因此，在冬春季节出现流行高峰的可能性比较大。一些人冠状病毒如HCoV-HKU1和HCoV-OC43等有显著的季节性，主要在秋冬季流行。SARS-COV-2是否在大流行后转变为季节性流行仍有待进一步的观察和研究。另外，大部分研究结果显示，长期暴露于高浓度的如NO2和PM2.5等空气污染物中，可能会提高COVID-19患者的数量并增加患者的死亡率。除这些因素之外，不同国家的人口密度、人口迁徙情况、个人防护程度、医疗水平和相关抗疫政策及其执行度等也是影响SARS-COV-2传播不可忽视的因素。Wu等人的研究表明自然因素和人为因素共同影响着SARS-COV-2的传播，武汉封城前后的差异对比可以说明国家检疫和国家介入的交通管制对SARS-COV-2传播的阻滞确实起到了作用[55]。因此需要根据不同国家和地区的具体情况采取不同的干预措施，如采取措施减少人口流动，加强个人防护等，才能最大程度的遏制SARS-COV-2的传播。

虽然目前的研究让我们对影响SARS-COV-2传播的因素有了比较深入认识，但是一些方面仍有待进一步研究。首先，不同因素间的相互作用对SARS-COV-2传播的影响仍有待综合分析，例如在分析气候相关因素时，不同的气候因子之间可能存在相互作用，如温度与湿度之间可能相互作用，湿度与降水量之间也可能相互作用，从而改变对SARS-COV-2传播的影响作用，仅分析单一因素有所局限。其次，由于一些气候因子如温度、湿度等并不是患者感染的实时数据，因此，在未来的研究中，应充分考虑SARS-COV-2传播的时间滞后效应。另外，年龄、性别和患病史等患者个人因素也可能会对SARS-COV-2的传播有影响，在分析时，也需要考虑这些因素的影响。此外，因为不同国家和地区的政策和风俗不同，在未来的研究里可考虑将不同国家的医疗条件和经济水平也包括在内，对不同国家和地区分别进行分析，研究对象可更具代表性。

值得注意的是，目前纳入研究的样本多为大流行早期数据，大多从2019年底疫情暴发开始，截止到2020年6月或2020年7月，而2020−2021年冬季，COVID-19的流行情况是否与现有结论相似，还有待进一步研究和总结。此外还有部分国家地区，如非洲的相关研究较少，有待进一步 的研究。