基于Crystal Ball和GIS的湖北省新冠疫情時(shí)空特征研究

呂振華，程紹文

(華中師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079)

21世紀(jì)以來，隨著全球工業(yè)化普遍發(fā)展、城市規(guī)模不斷擴(kuò)張和區(qū)域人流、物流聯(lián)系日趨緊密，地球生態(tài)環(huán)境和氣候變化加劇，地區(qū)及全球性的傳染性流行病頻繁發(fā)生，對人類健康和生命安全的威脅和影響愈發(fā)嚴(yán)重，引起各個(gè)國家和包括世界衛(wèi)生組織(WHO)在內(nèi)的國際組織的普遍關(guān)注.近年來，禽流感、甲型流感(H1N1)、非典(SARS)、埃博拉病毒(Ebola)、中東呼吸綜合征(MERS)等均給人類社會帶來巨大災(zāi)難和損失.新型冠狀病毒肺炎(COVID-19，后文簡稱“新冠肺炎”)是當(dāng)前人類正面對的一種新的傳染性流行病，新冠肺炎病毒正嚴(yán)重威脅著人類的生命安全.根據(jù)世界衛(wèi)生組織官網(wǎng)數(shù)據(jù)，截止到歐洲中部時(shí)間2020年7月5日，全球累計(jì)有超過1 104.69萬人感染新冠肺炎病毒，累計(jì)死亡超過52.64萬人；其中，中國累計(jì)確診85 306例，死亡4 648人(數(shù)據(jù)來源：WHO Coronavirus Disease (COVID-19) Dashboard. https://covid19.who.int/.Datalastupdated: 2020/7/5，8:12a.m.CEST.).新冠肺炎給武漢市乃至湖北全省人民的生命安全帶來重大損失和嚴(yán)重威脅.截至2020年7月30日，湖北省累計(jì)確診新冠肺炎患者數(shù)據(jù)一直控制在68 135例，死亡人數(shù)4 512人，是中國新冠疫情的重災(zāi)區(qū).在湖北省17個(gè)市州中，武漢市截至7月30日累計(jì)確診50 340例，死亡3 869人，是湖北省疫情最嚴(yán)重的地區(qū).

目前，新冠病毒仍然全球肆虐，造成全球大多數(shù)國家經(jīng)濟(jì)社會生活停頓，人們生命安全面臨嚴(yán)峻威脅.世衛(wèi)組織及一些公共衛(wèi)生科學(xué)家已經(jīng)公開表示，新冠肺炎不僅很有可能會在今年的秋冬季節(jié)復(fù)發(fā)爆發(fā)，還會與人類共存很長時(shí)間.因此，加強(qiáng)對新冠疫情的研究，科學(xué)防控疫情、將疫情的消極影響降到最低已經(jīng)成為當(dāng)前世界各國迫在眉睫的問題.

當(dāng)前，國內(nèi)關(guān)于新冠肺炎的研究主要集中于新冠肺炎病理分析與中醫(yī)藥救治[1-3]、疫情發(fā)展分析預(yù)測[4-5]、疫情防控[6-9]、疫情所造成的經(jīng)濟(jì)政治影響與應(yīng)對[10-12]及社會大眾心理健康研究[13-15]等方面；學(xué)者主要從醫(yī)學(xué)、管理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)、政治學(xué)等視角進(jìn)行研究，取得諸多成果，在我國病患救治、疫情防控、公眾情緒疏導(dǎo)等政策措施制定等方面發(fā)揮了智庫支持作用.我國地理學(xué)者亦對新冠疫情進(jìn)行了相關(guān)研究，主要集中于以下方面：人口流動與疫情時(shí)空擴(kuò)散研究[16-19]、疫情前后網(wǎng)絡(luò)輿情的時(shí)空研究[20-21]、新冠疫情確診病例在河南、陜西、廣東三省的時(shí)空分布特征研究[22-24]、新冠疫情背景下的地理學(xué)其他相關(guān)研究[25-27].其中時(shí)空分布特征研究主要以某一省份整體為研究對象，簡子菡、丁志偉從鎮(zhèn)域尺度對河南省新冠疫情病例的時(shí)空演化特征進(jìn)行分析，研究發(fā)現(xiàn)河南省疫情空間上整體疫情呈現(xiàn)“南重北輕”和確診病例數(shù)呈現(xiàn)“東南多西北少”的特點(diǎn)，同時(shí)單核高密度集聚中心主要出現(xiàn)在省內(nèi)中部地區(qū)[22]；王皎貝、李鋼等以陜西省為例，通過對確診病例的社會人口學(xué)特征和疫情的時(shí)空演化特征的研究，來評估重點(diǎn)市域的疫情風(fēng)險(xiǎn)等級.研究發(fā)現(xiàn)陜西省疫情發(fā)展可劃分為波動發(fā)展、低速衰退、平穩(wěn)清存3個(gè)階段，同時(shí)其空間擴(kuò)散呈現(xiàn)“遠(yuǎn)鄂單核”的結(jié)構(gòu)模式，其中重點(diǎn)市域西安市的疫情風(fēng)險(xiǎn)等級空間分布呈現(xiàn)出“一組團(tuán)三小片”格局，表現(xiàn)出主城區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級高于周邊區(qū)縣的特點(diǎn)[23]；劉逸、李源等對新冠確診病例在廣東省的時(shí)空擴(kuò)散特征以及各地級市疫情傳播和變動的空間差異進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)廣東省疫情擴(kuò)散格局和綜合風(fēng)險(xiǎn)格局存在顯著空間差異，表現(xiàn)出三四線中型城市的擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)較高但綜合風(fēng)險(xiǎn)處于中等水平，發(fā)達(dá)城市的擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)較低但綜合風(fēng)險(xiǎn)最高，粵東西部的欠發(fā)達(dá)地區(qū)較為安全的特點(diǎn)[24].總的來說，盡管湖北省是此次我國疫情的重災(zāi)區(qū)，但對湖北省域內(nèi)新冠疫情發(fā)展過程進(jìn)行復(fù)盤研究和時(shí)空發(fā)展特征的分析卻極其少見，地理學(xué)在傳染病疫情時(shí)空傳播研究中的傳統(tǒng)優(yōu)勢未能得到充分發(fā)揮.研究湖北省域內(nèi)疫情發(fā)展的時(shí)空特征，有助于人們了解疫情發(fā)展的時(shí)空規(guī)律和政府防控干預(yù)的效果，可以為世界其它國家開展新冠肺炎聯(lián)防聯(lián)控、我國加強(qiáng)“外防輸入、內(nèi)防反彈”的常態(tài)化防控工作、防疫政策制定等提供理論依據(jù).

因此，本研究擬以2020年1月25日(湖北省衛(wèi)生健康委員會公布各市州累計(jì)確診人數(shù)起始日)至2020年4月8日(武漢市新冠疫情得到根本控制，解除離漢離鄂通道管控之日)研究時(shí)段內(nèi)湖北省各市州累計(jì)確診人數(shù)及每日新增確診人數(shù)為原始研究材料，利用Crystal Ball和GIS軟件分析湖北省此時(shí)間段內(nèi)新冠疫情發(fā)展的時(shí)空特征.通過對典型疫情地區(qū)新冠疫情發(fā)展的地理學(xué)分析，為今后一段時(shí)間內(nèi)我國的疫情防控工作提供理論指導(dǎo).

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究涉及的指標(biāo)包括2020年1月25日至2020年4月8日研究期間湖北省17個(gè)市州每日新冠肺炎新增確診及累計(jì)確診病例數(shù)、萬人確診率及湖北省行政區(qū)劃地圖數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源見表1.

表1 各類數(shù)據(jù)來源Tab.1 Data sources of all analyzed indexes

1.2 研究方法

Crystal Ball是一款基于Monte Carlo模擬方法，專為建模、預(yù)測、模擬和優(yōu)化而設(shè)計(jì)的基于電子數(shù)據(jù)表的應(yīng)用軟件，主要用于定量的風(fēng)險(xiǎn)分析和科學(xué)管理，適用于時(shí)間序列上事物或事件的風(fēng)險(xiǎn)分析與發(fā)展趨勢預(yù)測，特別是不確定性的事物的分析和預(yù)測.Monte Carlo方法的名稱源自法國和意大利接壤的一個(gè)著名賭城Monte Carlo，是指通過隨機(jī)模擬和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)求解問題近似解數(shù)值的方法.計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展為Monte Carlo方法提供了強(qiáng)有力的工具和極大的方便，使其獲得了廣泛應(yīng)用，求解隨機(jī)性問題是Monte Carlo方法的主要應(yīng)用領(lǐng)域.Monte Carlo模擬的基本原理是：用概率密度函數(shù)描述某一變量出現(xiàn)可能性的大小，通過概率密度函數(shù)用一定數(shù)值范圍內(nèi)的密度函數(shù)值作為輸入變量取代單一的數(shù)值輸入，計(jì)算機(jī)通過數(shù)千次隨機(jī)的科學(xué)迭代模擬過程，綜合得出最科學(xué)的輸出結(jié)果.這種方法可以減少單純主觀經(jīng)驗(yàn)判斷或單純依靠不完整的數(shù)據(jù)帶來的誤差，從而保證擬合預(yù)測的科學(xué)性[28].Monte Carlo模型目前已經(jīng)被用來分析北京地區(qū)非典的時(shí)空變化特征[28]、模擬種群的生死過程和競爭過程[29]，也被廣泛用于公共政策分析[30].與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析和預(yù)測方法(如移動平均、指數(shù)平滑、季節(jié)性模型和趨勢模型等)相比，通過Crystal Ball軟件的Monte Carlo模擬方法可以克服傳統(tǒng)電子表格分析的局限：可為電子表格中的每個(gè)不確定單元格描述一系列可能值，預(yù)測圖可顯示可能結(jié)果的整個(gè)范圍以及實(shí)現(xiàn)每個(gè)結(jié)果的可能性[31]，方便快捷地實(shí)現(xiàn)上述基于時(shí)間序列的預(yù)測功能.由于基于Monte Carlo模擬方法的Crystal Ball軟件在進(jìn)行不確定性事物預(yù)測方面功能強(qiáng)大，目前已經(jīng)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域[32-34]大量應(yīng)用.新冠肺炎疫情作為突發(fā)性公共衛(wèi)生事件，具有較大的不確定性和復(fù)雜性，其時(shí)間變化和風(fēng)險(xiǎn)變化變動較大，正好符合Crystal Ball軟件應(yīng)用對象的要求(即時(shí)間序列上事物或事件的風(fēng)險(xiǎn)分析與發(fā)展趨勢預(yù)測)，適宜利用Crystal Ball軟件進(jìn)行疫情分析預(yù)測.因此本研究利用Crystal Ball工具對湖北省新冠肺炎疫情發(fā)展進(jìn)行復(fù)盤分析以及疫情發(fā)展的時(shí)間分布特征分析是可行的.

利用ARC GIS 10.2軟件將獲得的研究時(shí)段(2020年1月25日-2020年4月8日)湖北省各市州累計(jì)確診人數(shù)進(jìn)行數(shù)字可視化處理，得到湖北省各市州新冠疫情空間分布圖(圖1).通過空間自相關(guān)檢驗(yàn)方法以及Crystal Ball軟件的批量擬合功能探討湖北省新冠肺炎疫情的空間分布特征.

圖1 湖北省各市州新冠肺炎累計(jì)確診人數(shù)圖(截至2020年4月8日)Fig.1 Distribution of accumulated confirmed COVID-19 cases in Hubei Province (as of 2020-04-08)

2 湖北省新冠肺炎疫情時(shí)空分布特征

2.1 湖北省新冠肺炎疫情時(shí)間分布變化特征

以研究時(shí)段內(nèi)湖北省各市州每日新增新冠肺炎確診人數(shù)為原始數(shù)據(jù)資料，在Crystal Ball 軟件中利用“定義假設(shè)”功能下用分布擬合數(shù)據(jù)選項(xiàng)，對省內(nèi)17個(gè)市州分別進(jìn)行分析，得到各市州時(shí)間序列上新增確診人數(shù)變化的概率密度函數(shù)分布類型及圖像，通過概率密度函數(shù)判斷其新冠肺炎疫情時(shí)間分布上的連續(xù)性及省內(nèi)各市州疫情時(shí)間變化的類型及空間差異.

在Crystal Ball 軟件中將擬合選項(xiàng)設(shè)定為自動選擇，由計(jì)算機(jī)軟件自動匹配各市州新增確診人數(shù)的分布類型，并從Adeerson-Darling檢驗(yàn)(G)、Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)(K)和卡方檢驗(yàn)(K)中匹配最適合原始數(shù)據(jù)的方法.最終得到以卡方檢驗(yàn)(K)為排名依據(jù)的各市州新冠肺炎新增確診的最優(yōu)擬合結(jié)果(見下表2).結(jié)果顯示，時(shí)間序列上，湖北省17個(gè)市州新增確診人數(shù)變化分布類型均為離散分布，離散分布類型以幾何分布、離散均勻分布、負(fù)二項(xiàng)分布為主(表2、圖2).

由表2和圖2可知，武漢市、襄陽市、隨州市為幾何分布，時(shí)間序列上感染人數(shù)變化波動大；孝感市、黃岡市、荊州市、鄂州市、黃石市、宜昌市、荊門市、咸寧市、天門市、恩施州為離散均勻分布，時(shí)間序列上感染人數(shù)波動變化??；十堰市、仙桃市、潛江市、神農(nóng)架林區(qū)均為負(fù)二項(xiàng)分布，其中十堰市和仙桃市時(shí)間序列上感染人數(shù)波動變化較大，潛江市和神農(nóng)架林區(qū)由于總體確診人數(shù)較少(潛江市198例、神農(nóng)架林區(qū)11例)其在時(shí)間序列上感染人數(shù)波動不顯著.這表明湖北省新冠疫情時(shí)間變化上具有整體復(fù)雜性、地域差異性和空間跳躍性特征，客觀上說明湖北省的疫情防控要因地制宜、精準(zhǔn)施策.

表2 湖北省各市州最佳擬合分布模型Tab.2 Bestfit distribution model of cities and prefectures in Hubei Province

圖2 三種典型代表概率分布圖Fig.2 Three typical representative probability distributions

在Crystal Ball軟件中，以2020年1月25日—2月22日全省每日新增確診病例為原始數(shù)據(jù)材料(以14天為一周期，計(jì)兩個(gè)周期)輸入軟件，利用預(yù)測器功能來判斷湖北省新冠疫情時(shí)間變化上是否具有季節(jié)性特征，同時(shí)以取中位數(shù)的方法預(yù)測下一周期湖北省每日新增確診人數(shù)預(yù)測值.季節(jié)性設(shè)置為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動檢測，同時(shí)在“數(shù)據(jù)屬性”模塊通過添加事件相關(guān)信息以提高預(yù)測準(zhǔn)確度.本研究對兩大事件在預(yù)測器內(nèi)進(jìn)行標(biāo)注：第一大事件是，2020年2月12日，國家發(fā)布的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版)》在湖北省的病例診斷分類中增加了“臨床診斷”，新冠肺炎確診統(tǒng)計(jì)將臨床診斷病例全部納入確診，導(dǎo)致當(dāng)日確診人數(shù)激增，當(dāng)日確診病例數(shù)較前一日(即2月11日)突增12 332例，是前一日的12.17倍之多，因此，將2月12日作為特殊事件標(biāo)注輸入軟件；第二大事件是，2020年2月17日—19日統(tǒng)計(jì)方法變更出現(xiàn)了核減病例，部分市州確診人數(shù)出現(xiàn)負(fù)數(shù)，在預(yù)測器中也作為事件進(jìn)行標(biāo)記，通過添加這兩大事件來提高模擬效果及結(jié)果預(yù)測準(zhǔn)確度和模型的科學(xué)性.

預(yù)測方法由系統(tǒng)自動選擇，誤差度量采用均方根誤差(RMSE)的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測，最終根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得出湖北省新增確診人數(shù)擬合及預(yù)測圖(見圖3)，預(yù)測置信區(qū)間為10%和90%，結(jié)果顯示預(yù)測最佳方法為ARIMA(1，0，0)，RMSE值為571.96，BIC值為12.94，ARIMA模型系數(shù)為0.81，標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.10，常數(shù)為328.94，模型成立.預(yù)測器結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)的流行性疾病如流感、非典等相比[28，35]，湖北省新冠疫情新增確診人數(shù)沒有顯著的時(shí)間季節(jié)規(guī)律可循，具有非季節(jié)性的特征，這無形中增加了疫情防控的工作難度和工作重點(diǎn)的把握.

綠色線條為實(shí)際數(shù)據(jù)折線，藍(lán)色線條為擬合折線，紅色線條為預(yù)測趨勢線圖3 湖北省新增確診人數(shù)擬合及預(yù)測圖Fig.3 Fitting and forecasting of daily new confirmed cases in Hubei Province

根據(jù)Crystal Ball軟件預(yù)測器結(jié)果提取出下一周期(14天，即2020年2月23日—3月7日)每日新增確診人數(shù)預(yù)測值，將其與實(shí)際每日新增確診人數(shù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：隨著時(shí)間發(fā)展，新增確診預(yù)測值與實(shí)際值之間差距愈來愈大，實(shí)際確診人數(shù)顯著低于預(yù)測值(圖4).僅2月23日至3月7日這14天預(yù)測期內(nèi)，湖北省新增確診病例較預(yù)測凈減少16 329例，減少率高達(dá)80.82%，證明湖北省持續(xù)嚴(yán)格的疫情防控政策效果非常明顯.這主要是由于1月23日武漢進(jìn)行了交通管控措施，全市公交、地鐵、輪渡、長途客運(yùn)停運(yùn)，離漢通道關(guān)閉，湖北全省離鄂通道關(guān)閉，經(jīng)過兩個(gè)病毒周期，原有感染人數(shù)病例庫存大量排查清除；2月上旬開始，湖北省域內(nèi)各市州開始對域內(nèi)社區(qū)、村莊進(jìn)行嚴(yán)格防控管理，武漢市實(shí)施入戶上門清底排查新冠肺炎“四類人員”進(jìn)行隔離或治療，有效阻斷了傳染源的擴(kuò)散，切斷了病毒傳播途徑.所以，在離漢離鄂通道關(guān)閉后的第三病毒周期內(nèi)，湖北省新增確診人數(shù)顯著回落，充分證明了防疫政策和隔離措施的正確性和有效性，證明新冠肺炎疫情在時(shí)間變化上具有政策干預(yù)調(diào)節(jié)性特征.科學(xué)的防疫政策和嚴(yán)格的防疫措施可顯著改變疫情的發(fā)展趨勢線，極大緩解疫情.

2.2 湖北省新冠肺炎疫情空間分布及其演化特征

美國地理學(xué)家W.R.Tobler提出的地理學(xué)第一定律(Tobler’s First Law)指出：Everything is related to everything else，but near things are more related than distant things(任何事物都與其他事物相關(guān)，只不過相近的事物關(guān)聯(lián)更緊密)；他認(rèn)為，地理事物在空間分布上互為相關(guān)，存在集聚、分散、規(guī)則分布形態(tài)[36].新冠肺炎疫情這一突發(fā)事件從地理學(xué)視角來看在空間上必然存在某種關(guān)聯(lián).

事物或事件在空間區(qū)域內(nèi)相互關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度的大小以及區(qū)域內(nèi)部各要素關(guān)聯(lián)程度的大小一般可通過空間權(quán)重來表達(dá).ARCGIS 10.2提供的空間自相關(guān)檢驗(yàn)方法為探析事件空間權(quán)重提供了方便.空間自相關(guān)檢驗(yàn)方法是檢驗(yàn)?zāi)骋灰貙傩灾翟诳臻g范圍內(nèi)是否與其鄰近空間點(diǎn)的屬性值相關(guān)聯(lián)的重要指標(biāo)：正相關(guān)表示有集聚型存在，負(fù)相關(guān)則相反.

圖4 預(yù)測新增確診與實(shí)際新增確診對比圖(2020.02.23—2020.03.07)Fig.4 Comparison between predicted and actual daily new confirmed cases in Hubei Province (2020.02.23-2020.03.07)

空間自相關(guān)檢驗(yàn)可分為全局空間自相關(guān)檢驗(yàn)和局部空間自相關(guān)檢驗(yàn).全局空間自相關(guān)表示在湖北全省空間范圍內(nèi)新冠疫情的空間依賴程度，常用Moran’sI指數(shù)來測度和表示，其計(jì)算公式是：

(1)

局部空間自相關(guān)可揭示湖北省內(nèi)局部地區(qū)新冠疫情的非典型性特征，常用Local Moran’sI指數(shù)來測度和表示，其計(jì)算公式是：

(2)

(2)式中變量與(1)中相同.

全局空間自相關(guān)檢驗(yàn)結(jié)果顯示，湖北省各市州累計(jì)確診人數(shù)Moran’sI指數(shù)為-0.11(p=0.44，z=-0.80).Moran指數(shù)小于0，表示各市州確診人數(shù)在空間上呈現(xiàn)微弱負(fù)相關(guān)，說明高值排斥其他高值，而傾向于靠近低值，數(shù)據(jù)在空間上呈現(xiàn)離散狀態(tài).在本研究中，由于p>0.01，且z值為負(fù)，因此接受原假設(shè)即：從單一數(shù)據(jù)屬性角度看湖北省各市州累計(jì)確診人數(shù)在空間上是隨機(jī)分布的.

為更加客觀準(zhǔn)確地呈現(xiàn)湖北省新冠疫情空間分布特征，以各市州截止4月8日的每萬人累計(jì)確診人數(shù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過ARCGIS 10.2 軟件中的可視化功能，得到湖北省各市州新冠疫情每萬人確診率空間分布圖(圖6).

按照自然間斷點(diǎn)分級法(Jenks)將湖北省新冠疫情萬人確診率進(jìn)行可視化分為四類.根據(jù)空間相關(guān)性和社會經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)度以及疫情防控高度警惕的原則，將第一類(僅含武漢市)與第二類(僅含鄂州市)合并成為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、第三類為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，第四類為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū).湖北省各市州新冠疫情萬人感染率的空間分布總體可分為三大風(fēng)險(xiǎn)區(qū)：武漢市(0.446%)和鄂州市(0.132%)為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；孝感市(0.072%)、隨州市(0.059%)、黃石市(0.041%)、黃岡市(0.039%)、仙桃市(0.038%)和天門市(0.033%)為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；咸寧市(0.032%)、荊門市(0.032%)、荊州市(0.025%)、宜昌市(0.023%)、潛江市(0.021%)、襄陽市(0.020%)、十堰市(0.019%)、恩施州(0.017%)和神農(nóng)架林區(qū)(0.014%)為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū).高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在空間分布上集中于鄂東、鄂東北及江漢平原區(qū)，形成了以武漢市、鄂州市為核心的半包圍結(jié)構(gòu)，且均為武漢1+8城市圈成員，圈內(nèi)各城市間聯(lián)系緊密，人員流動往來較為密切.與省內(nèi)其他市州相較，武漢市和鄂州市萬人確診比率較高，這與鄂州市與武漢市空間依賴關(guān)系密切并逐步武鄂同城化的現(xiàn)實(shí)一致.低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布于鄂西生態(tài)文化旅游圈，受空間距離關(guān)系、人口流動程度、地形等因素的影響，其萬人確診率較低.

圖5 湖北省新冠疫情累計(jì)確診人數(shù)局部空間自相關(guān)圖Fig.5 Local spatial autocorrelation graph of cumulative number of newly diagnosed outbreaks in Hubei Province

圖6 湖北省新冠疫情萬人確診率空間分布圖Fig.6 Spatial distribution of accumulated confirmed cases per 10,000 residents in Hubei Province

為進(jìn)一步分析三大風(fēng)險(xiǎn)區(qū)城市內(nèi)部及三大風(fēng)險(xiǎn)區(qū)城市間的相互影響和依賴程度，在Crystal Ball軟件中以2020年1月25日至4月8日每日新增確診數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，利用批量擬合功能得到各城市間相關(guān)影響系數(shù).結(jié)果顯示，武漢市與鄂州市相關(guān)程度最高(0.85)，其次為隨州市(0.83)、仙桃市(0.82)、十堰市(0.81)、孝感市(0.81)等地；省內(nèi)各市州除神農(nóng)架林區(qū)(0.16)與武漢市呈現(xiàn)極弱相關(guān)外，其余市州均呈現(xiàn)顯著相關(guān)(r>0.5).研究也發(fā)現(xiàn)，武漢市每日總確診病例數(shù)與湖北省每日總確診病例數(shù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.99，說明武漢市疫情的發(fā)展變化對湖北省疫情總體情況起絕對主導(dǎo)作用，印證了國家“武漢保衛(wèi)戰(zhàn)”部署的科學(xué)性與前瞻性.除武漢市與湖北全省每日總確診病例數(shù)顯著相關(guān)外，鄂州市(0.88)、孝感市(0.87)、隨州市(0.87)、十堰市(0.86)、仙桃市(0.85)、荊州市(0.84)、襄陽市(0.83)、潛江市(0.80)等也與湖北省每日總病例數(shù)顯著相關(guān)，在空間上形成了鄂東以武漢、鄂州為中心，鄂東北以孝感、隨州為中心，鄂西北以十堰、襄陽為中心的新增確診空間格局.在湖北省每日總確診病例數(shù)相關(guān)系數(shù)排名的前6名中，有5個(gè)為高中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)城市，表明疫情期間每日新增確診人數(shù)相關(guān)程度的強(qiáng)弱具有強(qiáng)烈的區(qū)位指向性.潛江市、荊州市雖為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)城市，但由于潛江市屬于武漢城市圈成員，且兩市距離高中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)城市空間距離近，其與湖北省每日總確診病例數(shù)相關(guān)系數(shù)也位于前列.位于鄂西北的十堰市和襄陽市與湖北省每日新增確診人數(shù)相關(guān)系數(shù)排名靠前，這主要是由于此兩市經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)達(dá)，與省會武漢聯(lián)系相對較強(qiáng)所產(chǎn)生的結(jié)果.

為探究湖北省新冠疫情發(fā)展的時(shí)空動態(tài)性特征，以我國及湖北省尤其是武漢市疫情發(fā)展的關(guān)鍵事件發(fā)生時(shí)間為節(jié)點(diǎn)，在時(shí)間序列上對湖北省疫情的空間發(fā)展變化特征進(jìn)行研究.通過對我國及湖北省疫情的復(fù)盤，根據(jù)中央“武漢勝則湖北勝”的抗擊疫情指導(dǎo)精神和原則，本研究選取1月26日、2月3日、2月12日、2月21日、3月10日及4月8日為關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn).1月26日根據(jù)中央要求，湖北省建立疫情工作領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)一進(jìn)行湖北省防疫抗疫工作，同時(shí)援鄂醫(yī)療國家隊(duì)馳援武漢；2月3日，湖北省開始對發(fā)熱病人進(jìn)行全面隔離救治和管理，全省疫情中心武漢市方艙醫(yī)院開始收治病人，極大緩解了醫(yī)療系統(tǒng)壓力；2月12日，隨著對新型冠狀病毒肺炎認(rèn)識的深入和診療經(jīng)驗(yàn)的積累，針對湖北省疫情特點(diǎn)，國家衛(wèi)生健康委辦公廳、國家中醫(yī)藥管理局辦公室印發(fā)的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版)》在湖北省的病例診斷分類中增加了“臨床診斷”，對確診病例要求進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步有效切斷了病毒傳染鏈；2月21日，在湖北疫情重災(zāi)區(qū)武漢市開始出現(xiàn)明顯床等人現(xiàn)象，確診患者救治能力顯著提升，疫情防控形勢向好發(fā)展；3月10日，習(xí)總書記抵達(dá)武漢市考察湖北省新冠肺炎疫情防控工作，同日武漢市最后兩家方艙醫(yī)院休艙，市內(nèi)所有方艙醫(yī)院“關(guān)門大吉”；4月8日，以武漢市解除離漢離鄂通道管控為標(biāo)志，湖北省疫情防控取得階段性勝利成果.以這6個(gè)關(guān)鍵事件時(shí)間節(jié)點(diǎn)當(dāng)日湖北省各市州新增確診病例為數(shù)據(jù)材料，通過ARCGIS 10.2軟件進(jìn)行可視化，利用自然間斷點(diǎn)分類法進(jìn)行分類得到湖北省各市州不同時(shí)間點(diǎn)新增確診病例空間分布圖(圖7).

由圖7可知，從空間維度來看，湖北省新冠疫情在空間上總體呈現(xiàn)影響范圍從大到小，影響地域從有到無、逐漸向武漢收縮的動態(tài)變化特征，武漢市始終處于疫情中心地位.

從時(shí)間維度來看，從湖北省衛(wèi)健委1月25日起每天發(fā)布疫情數(shù)據(jù)以來，不考慮1月25日前的疫情擴(kuò)散期，湖北省新冠肺炎疫情發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段：

1) 1月25日～2月3日，為疫情高發(fā)期.這一時(shí)期，由于春節(jié)前區(qū)域內(nèi)人口流動活躍，加之病毒潛伏期形成的滯后效應(yīng)，這一時(shí)期省內(nèi)新增確診病例空間關(guān)聯(lián)度強(qiáng)，影響范圍廣，其空間延伸至湖北省西北部的十堰市，全省大部分地區(qū)為高中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，疫情防控刻不容緩.

2) 2月3日～3月10日，為穩(wěn)定下降期.隨著湖北省開始對發(fā)熱病人進(jìn)行全面隔離救治和小區(qū)、村莊封控管理，再加上疫情防控與救治經(jīng)驗(yàn)的積累和防控工作的持續(xù)發(fā)力，湖北省疫情防控態(tài)勢持續(xù)向好，除武漢以外的湖北其它市區(qū)新增確診先后降至為0，除武漢外全部降為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū).說明疫情改善情況是從武漢最外圍市州逐步向湖北省的疫情中心武漢推進(jìn).到了3月10日，全省除武漢以外新確診病例均降至為0．

3) 3月10日～4月8日，為成果鞏固期.3月10日，湖北省新冠疫情新增確診病例完全收縮于武漢，僅武漢市新增13例確診；同一日，武漢市方艙醫(yī)院全部休艙，疫情在湖北全省處于完全控制狀態(tài).3月18日，武漢市新增確診病例首次下降為0；當(dāng)日，湖北省全省無新增病例，結(jié)束了連續(xù)兩個(gè)月每天都有新增確診病例的歷史.4月8日，在連續(xù)20天無新增確診病例后，武漢市解封，標(biāo)志著湖北省乃至全國疫情防控取得了階段性勝利.

3 結(jié)論與啟示

本文通過Crystal Ball和GIS軟件，對湖北省內(nèi)1月25日至4月8日間新冠疫情發(fā)展的時(shí)空特征進(jìn)行了分析，力圖通過對疫情發(fā)展過程的復(fù)盤分析，把握疫情發(fā)展的時(shí)空規(guī)律，為今后一段時(shí)期內(nèi)我國及世界其它國家新冠疫情防控工作提供借鑒，主要結(jié)論如下.

1) 湖北省新冠疫情發(fā)展在時(shí)間維度上具有明顯的地域差異性、空間跳躍性和整體復(fù)雜性，同時(shí)具有非季節(jié)性特征，這應(yīng)該與各市州人口密度、地理環(huán)境特征、與武漢市的經(jīng)濟(jì)社會聯(lián)系及防疫抗疫措施實(shí)施力度、醫(yī)療衛(wèi)生資源情況不同有關(guān)，是各地自然、社會、經(jīng)濟(jì)因素綜合作用的結(jié)果.這一特征清楚地揭示了新冠疫情在時(shí)間演化上具有極大的不確定性和復(fù)雜性.因此，對新冠疫情絕對不能因?yàn)橐呀?jīng)取得階段性勝利就疏忽大意，掉以輕心.全國上下仍要高度警惕，慎終如始，嚴(yán)密加強(qiáng)疫情防控，同時(shí)要因地施策，精準(zhǔn)施策，實(shí)現(xiàn)防控工作的日常化、細(xì)微化，長抓不懈，直到抗疫的最后勝利.

圖7 湖北省不同時(shí)間點(diǎn)新增確診病例空間分布圖Fig.7 Spatial distribution map of newly confirmed cases at different time points in Hubei Province

2) 在空間維度上，湖北省新冠疫情形成了以武漢城市圈及其周邊為主體的湖北省高、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以及以鄂西、鄂南為主體的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的分布格局.整體上而言，湖北省新冠疫情發(fā)展存在隨機(jī)分布特征和局地自疫情中心向外的高—低擴(kuò)散特征.武漢城市圈內(nèi)各市州在空間上鄰近，地區(qū)間人員及經(jīng)濟(jì)聯(lián)系緊密.武漢城市圈內(nèi)主要市州特別是鄂州市的疫情發(fā)展與武漢市存在較高的相關(guān)關(guān)系.這一研究結(jié)論表明，在疫情防控常態(tài)化下，對局部新發(fā)的聚集性疫情，必須迅速、果斷切斷疫情聚集區(qū)與周邊地區(qū)的人員流動及社會經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，加強(qiáng)疫情聚集區(qū)的嚴(yán)格封控管理，這應(yīng)該是我國及世界其它國家和地區(qū)疫情防控的有效手段和必要措施.

3) 模擬分析結(jié)果也表明，新冠疫情具有政策干預(yù)調(diào)節(jié)性特征，只要措施得力，加強(qiáng)防控，新冠疫情是可防可控的.模擬研究表明，由于措施得當(dāng)，僅2月23日至3月7日這14天預(yù)測期內(nèi)，湖北省新增確診病例較預(yù)測凈減少16 329例，減少率高達(dá)80.82%.本模擬結(jié)果表明，湖北省的抗疫成果十分明顯，我國的抗疫經(jīng)驗(yàn)十分成功有效，應(yīng)在今后的疫情防控工作中加以發(fā)揚(yáng).

4) 武漢市對湖北省疫情發(fā)展起主導(dǎo)作用.分析結(jié)果表明，武漢市是湖北省新冠疫情的重心區(qū)，對全省疫情防控工作至關(guān)重要.新冠疫情傳播是從以武漢市為中心向外圍(湖北省其它市州)擴(kuò)散傳播的過程，而疫情的防控過程則是從外圍市州向疫情中心區(qū)武漢逐漸收縮的過程.這就說明，在新冠疫情防控工作中，應(yīng)同時(shí)加強(qiáng)對疫情集聚中心區(qū)和外圍區(qū)的疫情防控，更要加強(qiáng)對疫情中心區(qū)的防治攻堅(jiān).

在當(dāng)前國內(nèi)疫情防控形勢向好，境外疫情形勢復(fù)雜嚴(yán)峻，“外防輸入、內(nèi)防反彈”壓力巨大的背景下，湖北省新冠疫情時(shí)空變化規(guī)律特征啟示如下.

一方面，在加強(qiáng)全國性疫情防控工作的同時(shí)，要特別加強(qiáng)對我國國家及區(qū)域中心城市、入境口岸城市特別是人群密集、交通通達(dá)度高、與域外關(guān)系緊密的大城市及中心城市的疫情防控，因?yàn)檫@些城市往往容易成為疫情的“易感區(qū)”和高發(fā)中心，一旦在這些城市形成聚集性疫情，其影響范圍更廣，對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的破壞力和沖擊力會更大，疫情防控的難度和成本也更大.因此，要加強(qiáng)對大城市特別是加強(qiáng)對重點(diǎn)地區(qū)、重點(diǎn)場所、重點(diǎn)人群的防疫檢疫措施，堅(jiān)決防止病毒從疫情中心向外圍擴(kuò)散蔓延.

另一方面，從長遠(yuǎn)來看，應(yīng)注重城市空間規(guī)劃的優(yōu)化調(diào)整，注重城市空間功能與應(yīng)急救災(zāi)潛力的匹配協(xié)調(diào)，加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)部醫(yī)療衛(wèi)生等公共服務(wù)資源的相對均等化和合理化空間配置，從根本上提高城市的抗疫抗災(zāi)能力，增強(qiáng)其空間韌性.中國各城市應(yīng)化危為機(jī)，在健康中國戰(zhàn)略指引下積極進(jìn)行健康城市的發(fā)展建設(shè)，優(yōu)化完善現(xiàn)有醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)設(shè)施的空間布局，不斷提升城市空間健康資源配置的公平性，提升城市環(huán)境健康水平，提高城市醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)治理水平，為常態(tài)化應(yīng)對疫情提供保證.

總之，新冠肺炎疫情在湖北的發(fā)展變化過程及其時(shí)空特征警示我們，防控重點(diǎn)，切斷病毒傳播的人際及區(qū)際途徑，因地制宜，一地一策，精準(zhǔn)施策，開展差異化防控舉措，提升城市空間治理水平和能力，這仍將是湖北省乃至全國今后新冠肺炎疫情常態(tài)化科學(xué)防控思想的重要原則.只要嚴(yán)格落實(shí)好這一原則，一定能贏得抗疫的最終勝利.由于疫情仍未完全散去，本研究只是對湖北省1月25日至4月8日期間的疫情時(shí)空特征回顧性復(fù)盤分析，未對其時(shí)空特征背后機(jī)理及影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)也未將Crystal Ball軟件應(yīng)用于全國性的疫情時(shí)空特征分析進(jìn)而與湖北省疫情時(shí)空特征進(jìn)行對比研究，這是今后需繼續(xù)研究的方向.