西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)研究與應(yīng)用

張 楠，徐 波，劉敏茹，鄧小麗

(西安市氣象局，西安 710016)

呼吸系統(tǒng)疾病(chronic respiratory disease，CRD)是影響我國居民健康的一種常見病、多發(fā)病。根據(jù)《2019年中國衛(wèi)生健康統(tǒng)計(jì)年鑒》的數(shù)據(jù)，2018年我國城市居民呼吸系統(tǒng)疾病死亡率為68.02/10萬，呼吸系統(tǒng)疾病是位列城市居民死亡率第4位的一類疾病[1]。研究表明，低氣溫、高氣壓及濕冷等氣象條件的疊加效應(yīng)與呼吸系統(tǒng)感染及呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病有明顯的相關(guān)關(guān)系[2-3],穩(wěn)定的氣象條件不利于慢性呼吸道疾病發(fā)病，降溫和高氣壓是慢性呼吸道疾病的誘因之一[4]。對(duì)西安市2010—2014年疾病死亡率統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，呼吸系統(tǒng)疾病是死亡率第3位的疾病，且在冬、春季多發(fā)。這種冬春季多、夏秋季少的呼吸系統(tǒng)疾病死亡的季節(jié)分布特征，反映西安本地氣象因素對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病有著重要影響，因寒冷導(dǎo)致的人體不適對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病超額死亡有很大影響[5]。在冬春季及氣候反復(fù)異常時(shí)，給老年人、兒童及有慢性呼吸系統(tǒng)疾病的患者提供一定的指導(dǎo)建議，能夠預(yù)防疾病的發(fā)生和發(fā)展。開展呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)服務(wù)，可有計(jì)劃、有重點(diǎn)地預(yù)防疾病，降低死亡率，也對(duì)合理分配醫(yī)療資源有一定的積極意義。

1 資料與方法

1.1 資料選取

醫(yī)療數(shù)據(jù)采用2010年1月1日—2014年12月31日西安市轄區(qū)11區(qū)、2縣的呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來自西安市疾病預(yù)防控制中心；同期的氣象數(shù)據(jù)為西安涇河國家氣象觀測站的日平均氣溫，日最高、日最低氣溫，日平均氣壓，日最高、日最低氣壓，日平均風(fēng)速等資料。

1.2 研究方法

1.2.1 預(yù)報(bào)因子及預(yù)報(bào)方法 利用2010—2013年逐日氣象觀測數(shù)據(jù)與呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)進(jìn)行單因素相關(guān)性分析，選取具有顯著相關(guān)的氣象因子；采用多元逐步回歸分析法建立呼吸系統(tǒng)日死亡人數(shù)的預(yù)測模型。利用2014年的氣象觀測數(shù)據(jù)和呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。

回歸方程表達(dá)式[6]為

(1)

其中，S表示呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)；b為常數(shù)項(xiàng)；αi(i=1，2，…，m)是回歸系數(shù)；ki(i=1，2，…，m)是氣象因子；m是氣象因子的數(shù)量；回歸方程顯著性水平取0.05。

1.2.2 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)劃分方法 參照相關(guān)文獻(xiàn)[4,7]，利用2010—2014年西安市呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)資料，統(tǒng)計(jì)得出呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，將呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)平均值設(shè)為X，樣本標(biāo)準(zhǔn)差為SX，日死亡人數(shù)為S，將呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)按表1劃分為五個(gè)等級(jí)，作為西安市呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)劃分方法

2 呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)

2.1 預(yù)測模型的建立

對(duì)2010—2014年西安市呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示4—10月西安死亡人數(shù)相對(duì)較少且波動(dòng)較小，而11月—翌年3月的月平均死亡人數(shù)明顯增多，其中1月最多(圖1)。西安冬季及冬春、秋冬轉(zhuǎn)換季，是呼吸系統(tǒng)疾病死亡的高發(fā)季，11月—翌年3月平均月死亡人數(shù)較4—10月的平均月死亡人數(shù)多48%。西安秋末和冬季天氣干燥寒冷，霧霾多發(fā)，春季天氣多變，沙塵天氣時(shí)有發(fā)生[8]。這些天氣條件下容易造成人體支氣管收縮痙攣，分泌物增多，呼吸道粘膜彈性降低，粘膜纖毛運(yùn)動(dòng)減弱，細(xì)菌、病毒等容易入侵和繁殖，易出現(xiàn)咳嗽、咯痰、氣喘等呼吸系統(tǒng)疾病的常見癥狀，易誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病[9]。故選取2010—2013年呼吸系統(tǒng)疾病死亡高發(fā)的1、2、3、11、12月的日死亡人數(shù)數(shù)據(jù)和同期的氣象觀測數(shù)據(jù)，建立西安市呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)預(yù)測模型。

圖1 2010—2014年西安市呼吸系統(tǒng)疾病月總死亡人數(shù)和月平均死亡人數(shù)分布

已有研究表明，西安地區(qū)風(fēng)速、變溫、變壓、低溫、低壓與呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)增多有顯著相關(guān)性，且氣象因素對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的影響存在明顯的滯后和累積效應(yīng)[5,10]。故選取2010—2013年日平均、日最高、日最低氣溫和氣壓，日平均、日最高、日最低氣溫和氣壓的3日滑動(dòng)平均值，以及日最高(最低)氣溫和氣壓3日滑動(dòng)最大變幅(最高值與最低值之差)，日平均風(fēng)速，與當(dāng)日及滯后1～12 d的呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)逐一進(jìn)行相關(guān)分析。選取其中與呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)具有顯著相關(guān)的日均風(fēng)速、3日滑動(dòng)最低氣溫、3日滑動(dòng)最低氣壓等99個(gè)氣象因子(P<0.01)，采用多元逐步回歸分析法建立呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)的預(yù)測模型，樣本數(shù)N=1 461。預(yù)測模型的回歸方程為

Y=137.690-0.282X1-0.936X2-0.963X3-0.740X4-0.008X5-0.752X6-0.742X7-0.004X8。

(2)

其中，Y表示預(yù)測的呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)，X1表示預(yù)報(bào)日前第12 d的日均風(fēng)速(m/s)，X2表示預(yù)報(bào)日前第1 d的日均風(fēng)速(m/s)，X3表示預(yù)報(bào)日前第1 d的滑動(dòng)變溫(℃)，X4表示預(yù)報(bào)日前第12 d的滑動(dòng)變溫(℃)，X5表示預(yù)報(bào)日前第12 d的滑動(dòng)最低氣溫(℃)，X6表示預(yù)報(bào)日前第12 d的滑動(dòng)最低氣壓(hPa)，X7表示預(yù)報(bào)日前第2 d的滑動(dòng)變溫(℃)，X8表示預(yù)報(bào)日前第2 d的日均風(fēng)速(m/s)。模型通過P<0.001顯著性水平檢驗(yàn)，R=0.517，F(xiàn)=27.248。

2.2 預(yù)測模型的檢驗(yàn)

按照預(yù)測模型選用的氣象因子代入2014年實(shí)況數(shù)據(jù)，計(jì)算預(yù)測2014年呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)，將預(yù)測死亡人數(shù)與實(shí)際死亡人數(shù)對(duì)比(圖2)發(fā)現(xiàn)，模型預(yù)測的呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)的平均相對(duì)誤差為20.4%，預(yù)測準(zhǔn)確率在79.5%以上，預(yù)測效果較好。2014年冬季西安出現(xiàn)了持續(xù)的霧霾天，干燥、寒冷的天氣條件，影響人體呼吸道粘膜防御功能和人體的免疫力，利于細(xì)菌、病毒侵襲、傳播。有研究表明，空氣污染加重時(shí)，有慢性阻塞性肺病等基礎(chǔ)肺功能疾病的患者，病情急性加重的發(fā)生率會(huì)明顯增高[11]。非氣象因素的影響以及外界環(huán)境影響下個(gè)體自身調(diào)節(jié)適應(yīng)能力的差異均會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生和加重，可能導(dǎo)致了模型預(yù)測存在一定誤差。

圖2 2014年西安呼吸系統(tǒng)疾病模型預(yù)測日死亡人數(shù)相對(duì)誤差

2.3 等級(jí)預(yù)報(bào)

依據(jù)日死亡人數(shù)樣本均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差劃分呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的方法，將西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為五個(gè)等級(jí)，等級(jí)閾值及含義：Ⅰ級(jí)，S<1，不危險(xiǎn)；Ⅱ級(jí)，1≤S<3，低危險(xiǎn)；Ⅲ級(jí)，3≤S<9，中度危險(xiǎn)；Ⅳ級(jí)，9≤S≤12，重度危險(xiǎn)；Ⅴ級(jí)，S>12，極度危險(xiǎn)。利用模型計(jì)算的2014年每日呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)預(yù)測每日呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。2014年呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)果顯示：Ⅰ級(jí)為0，Ⅱ級(jí)為0，Ⅲ級(jí)占比為6.6%，Ⅳ級(jí)為59.6%，Ⅴ級(jí)為33.8%。預(yù)報(bào)等級(jí)以Ⅳ級(jí)最多，其次依次為Ⅴ級(jí)、Ⅲ級(jí)，未出現(xiàn)Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)。

2.4 等級(jí)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

將2014年呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)結(jié)果，與依據(jù)每日實(shí)際死亡人數(shù)得到的實(shí)際呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)進(jìn)行對(duì)比分析，比較預(yù)報(bào)與實(shí)際等級(jí)的差異，計(jì)算預(yù)報(bào)等級(jí)與實(shí)際等級(jí)的一致率。將預(yù)報(bào)等級(jí)與實(shí)際等級(jí)完全相同即相差0級(jí)，或相差1級(jí)均視為等級(jí)預(yù)報(bào)正確，將相差0級(jí)與相差1級(jí)的占比之和，作為等級(jí)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。等級(jí)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示：預(yù)報(bào)等級(jí)與實(shí)際等級(jí)相差0級(jí)的占55%、等級(jí)相差1級(jí)的占43.0%，等級(jí)檢驗(yàn)未出現(xiàn)等級(jí)相差3、4級(jí)的現(xiàn)象，預(yù)報(bào)等級(jí)與實(shí)際等級(jí)接近，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到98%，準(zhǔn)確率高。2014西安冬季降水偏少，霧霾天氣持續(xù)時(shí)間長，異常的氣候條件導(dǎo)致死亡人數(shù)偏多。2014年西安1、2、3、11、12月的呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)是2010—2014年同期平均值的1.51倍，死亡人數(shù)異常偏多。預(yù)報(bào)等級(jí)整體較高也與死亡人數(shù)異常偏多的實(shí)況較為吻合。呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)方法能反映氣象條件對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的影響，該方法可在業(yè)務(wù)中應(yīng)用。

表2 2014年西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率檢驗(yàn)

3 呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的應(yīng)用

通過分析氣象因素與呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)之間的關(guān)系,建立呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)方法，利用該方法制作西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，并相應(yīng)地編制綜合西安地區(qū)實(shí)際氣候特征、氣象環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素以及個(gè)體防護(hù)等三方面的預(yù)防呼吸系統(tǒng)疾病建議庫，預(yù)防建議庫將在經(jīng)過醫(yī)學(xué)、氣象專家論證后使用。呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品內(nèi)容主要包括風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)預(yù)報(bào)等級(jí)、對(duì)應(yīng)的防范人群和預(yù)防建議。西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)預(yù)報(bào)包括5個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)，氣象環(huán)境對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病無影響；Ⅱ級(jí)，氣象環(huán)境對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病影響輕微；Ⅲ級(jí)，氣象環(huán)境對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病有影響；Ⅳ級(jí)：氣象環(huán)境對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病影響較大；Ⅴ級(jí)，氣象環(huán)境易致呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病或加重。強(qiáng)化健康氣象服務(wù)業(yè)務(wù)，將呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品融入西安市公共氣象服務(wù)中心現(xiàn)有的公眾氣象指數(shù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)中。利用WRF數(shù)值預(yù)報(bào)模式輸出的氣象要素預(yù)報(bào)，每日定時(shí)自動(dòng)生成西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品，根據(jù)服務(wù)需求制作相應(yīng)的專題預(yù)報(bào)、媒體視頻等，應(yīng)用于公眾、專業(yè)氣象服務(wù)及重大活動(dòng)氣象服務(wù)保障中，通過氣象影視、微博、微信、網(wǎng)站等媒體發(fā)布，可為居民、易感人群和醫(yī)療、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)等提供健康預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，為指導(dǎo)公眾及易感人群合理安排生活及出行提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論與討論

(1)利用2010—2014年西安市呼吸系統(tǒng)疾病數(shù)據(jù)與相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)，選取氣溫、氣壓、風(fēng)速等與呼吸系統(tǒng)疾病有顯著相關(guān)的氣象因子，采用逐步回歸分析法，建立了西安氣象因素對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的預(yù)測模型和呼吸系統(tǒng)疾病氣象危險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)方法。呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)預(yù)測準(zhǔn)確率為79.5%，呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到98%，所建立的方法預(yù)報(bào)效果較好。

(2)呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)產(chǎn)品可應(yīng)用于健康氣象服務(wù)業(yè)務(wù)，向社會(huì)大眾和易感人群發(fā)布，提醒人們?cè)陲L(fēng)險(xiǎn)較高的天氣環(huán)境下做好防護(hù)措施，具有一定的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。本研究僅對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)進(jìn)行了初步研究，是健康氣象服務(wù)產(chǎn)品在氣象服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用的初步探索，預(yù)測模型和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)的完善、研究結(jié)果應(yīng)用的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)有待進(jìn)一步深入。

(3)疾病的發(fā)生、發(fā)展除了受氣象環(huán)境因素影響外，還與個(gè)體自身狀況、就診治療情況、護(hù)理及個(gè)人生活方式等因素有關(guān)。研究由于醫(yī)療資料來源限制，只應(yīng)用了疾病死亡數(shù)據(jù)，不能全面反映出氣象因素與疾病之間的關(guān)系，使得氣象因素對(duì)疾病的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測還存在一定局限。今后還應(yīng)結(jié)合門急診、住院等就診治療情況數(shù)據(jù)以及對(duì)患者疾病轉(zhuǎn)歸隨訪等信息，對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病氣象風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等級(jí)預(yù)報(bào)逐步完善，為易感人群及患者生活方式提供更多更有價(jià)值的氣象服務(wù)和指導(dǎo)建議。