澎湃新闻记者 贺梨萍

2019年12月至今的4个月时间内,新冠疫情席卷了全球近190个国家和地区。这场起源仍旧未知的大流行何时能够终结?按照此前在SARS(严重急性呼吸综合征)等流行病中的经验,外界也在寄希望于夏季的到来会更为“高效”地扼杀病毒。

当地时间3月19日,麻省理工学院(MIT)两位学者在论文预印本平台SSRN发表论文“Will Coronavirus Pandemic Diminish by Summer?”,两人分别为麦戈文脑研究院的Qasim Bukhari以及土木及环境工程学系的Yusuf Jameel。他们表示,虽然流感病毒已被证明受天气影响,但COVID-19是否也受到类似影响尚不清楚。在这项研究中,他们重点分析了天气对新冠病毒传播的影响。

他们的结果表明,到目前为止, 新冠病毒传播中有90%发生在一定的温度(3℃-17℃)和绝对湿度(4g/m3-9g/m3)范围内。而1月至3月平均温度高于18℃和绝对湿度(AH)大于9g/m3的国家的病例总数实际上少于全球总病例数的6%。

他们的分析表明,总体来看,由于环境因素而减少病毒传播的机会在北欧和北美大部分地区(美国和加拿大)将是有限的。但另一方面,亚洲国家,尤其是正经历季风的国家,在6月至9月期间,绝对湿度将大于10g/m3,病毒的传播将得到一定程度的缓解。

这样的研究并非孤立。此前的3月9日,美国马里兰大学医学院人类病毒研究所、全球病毒网络(GVN)卓越中心的研究人员也在SSRN发表了一项研究,他们提出类似观点,迄今为止,由新冠病毒引起的疫情主要沿狭窄的东西向分布,大致沿北纬30°-50°的走廊,这一带的有着类似的温度:5℃-11℃,类似的相对湿度(RH):47%-79%。

无论是科学界还是民众对夏季的期待都或多或少有部分依据。17年前的SARS在头年冬天出现,但在次年夏天悄然消失,甚至看起来已完全绝迹。而当时全球的应对措施还远不如这次的新冠疫情来得迅速和严格。

除了SARS-CoV、新冠病毒这样能引起严重疾病的病毒之外,其他常年出现的流感更是表现出明显的季节性,在温带地区,北半球的11月到次年3月,南半球的5月到9月一般为流感季。大半个世纪以来的讨论和研究也逐渐得出一个公认的观点:低温、低湿的空气环境是冬季流感传播的重要因素。

但目前科学界对冠状病毒和气候关联性的研究仍有待深入和明确。Bukhari在这项研究中强调,从现有的疫情传播来看,新冠病毒病例数量与温度和绝对湿度之间的关系是密切的。然而,这种关系背后的潜在原因仍然不清楚,甚至不排除可能没有影响。

他们强调,即使在较温暖潮湿的地区也要采取适当的检疫措施。但同时应密切监测温度和湿度与新冠病毒病例之间的关系,如果新冠病毒传播存在很强的环境依赖性,则应利用这一关系优化疫情缓解策略。

不同国家之间新冠病例增长速率存在显著差异

Bukhari等人的这项研究给出的分析提供了新冠病毒传播和当地环境条件的直接对比,不同国家之间新冠病例增长速率存在显著差异,美国不同州之间也存在显著差异。

非典在夏季突然消失,新冠是否沿袭相同模式?-风君子博客

不同国家新冠病例增长曲线(截至2020年3月19日)。数字显示的是2月23日至3月19日期间的总病例数。不同的地区和不同州增长曲线明显不同。

非典在夏季突然消失,新冠是否沿袭相同模式?-风君子博客

美国各州新冠病例增长曲线(截至2020年3月19日)。数字显示的是3月9日至3月19日期间的总病例数。不同的地区和州的增长曲线明显不同。

目前来看,意大利、伊朗和韩国的增长率较高,这些国家表现出和疫情暴发地中国武汉类似的天气模式,即它们在2月至3月的平均温度在3℃-10℃。相反,气候较为温暖潮湿的国家,如新加坡、马来西亚、泰国和其他东南亚国家的增长率较低。

非典在夏季突然消失,新冠是否沿袭相同模式?-风君子博客

新冠疫情影响地区温度和绝对湿度随时间的变化。温度和绝对湿度较高的地区(新加坡和泰国)报告的新冠病例较少。疫情大流行的中心湖北以红色虚线表示。大部分新冠病例(>90%)的温度和绝对湿度范围以淡蓝色突出显示,温度在3℃-17℃之间,绝对湿度在4g/m3-8g/m3之间。

在美国国内,疫情也显示出南北差异。与较温暖南部各州相比,北部较冷的州新冠增长率要高得多。尽管由于追溯样本分析,3月17日至3月20日期间,佛罗里达州的病例数量急剧增加,但总体来说新冠病毒在佛罗里达州、得克萨斯州和亚利桑那州的传播有限。

而在横跨大气候带的加利福尼亚,北加州的病例数是南加州的两倍。

值得注意的是,在美国俄勒冈州和路易斯安那州是两个异常值点。俄勒冈州虽然位于加利福尼亚和华盛顿州之间,但病例不到100例。同样,路易斯安那州虽然相对温暖和潮湿,但病例大约也只有500例。

Bukhari等人在论文中提到,目前,在亚洲、中东和南美地区,没有一个国家已经实施了和中国、欧洲和美国部分州一样严厉的检疫措施,然而它们的整体增长率仍然较低。

这表明除了流动性和隔离因素之外,其他因素在减缓病毒传播方面可能也起着重要作用。

由于气候似乎是高增长率和低增长率国家/地区之间的主要差异之一,Bukhari等人认为应该深入探讨天气在冠状病毒传播中的作用,当然前提是“假设这种影响存在”。

迄今为止:温度高于17℃、绝对湿度大于9g/m3地区的病例数要少得多

Bukhari等人的分析显示,从2020年1月22日到2020年3月19日,平均气温在4℃-10℃之间,绝对湿度在3 g/m3-9g/m3之间的地区,每10天新增病例最多。除了新增病例,温度高于11℃和低于0℃的地区总病例数小于5%,绝对湿度大于9g/m3的总病例数则小于10%。

非典在夏季突然消失,新冠是否沿袭相同模式?-风君子博客

随着温度和绝对湿度的变化,全球新冠病例数。图中显示了在不同的温度和绝对湿度下,每10天报告的新冠病例。大部分新冠病例(>90%)的温度和绝对湿度范围以淡蓝色突出显示,温度在3℃-17℃之间,绝对湿度在4g/m3-8g/m3之间。

这里首先需要解释绝对湿度。通常提到的湿度一般指的是相对湿度(RH),其为绝对湿度与该温度下饱和绝对湿度的相对比值。而绝对湿度(AH)则是单位空气里实际的含湿量。

北京科协最近的一篇文章指出,在某个温度下,增加相对湿度的同时也会增加绝对湿度。一直到相对湿度达到100%之后,水蒸气会凝结析出,此时绝对湿度不能继续增加,即达到该温度下的饱和绝对湿度。此时,需要先增加温度,使得空气容纳水蒸气的能力增强,才能继续增加绝对湿度。

虽然相对湿度更方便测量,但鉴于绝对湿度能更直接地表征空气里的水蒸气含量,而且其也隐含了温度对病毒的直接影响,研究人员一般将绝对湿度作为指标与病毒传播特性关联。

对于处于江边的武汉地区,北京科协的这篇文章也简单提及,“冬季气温低,因此虽然相对湿度大,但绝对湿度并不大。等到夏天再来看看。”

在3月11日至3月19日期间,Bukhari等人观察到,虽然中东、南美、亚洲和非洲国家(温暖地区)的病例数量激增,但它们仍然不到8℃-12℃之间地区的1/10。他们认为,这种病毒在较温暖地区的这种增长是不太可能的。迄今为止的数据清楚地表明,温度高于17℃和绝对湿度大于9g/m3地区的病例数要低得多。

根据目前的数据,研究人员提出假设,也就是在温暖潮湿的条件下病毒的传播速度可能会慢一些。他们在论文在写道,“当然作为反对该假设,我们也可以认为,中国和欧洲之间以及中国和美国之间的人员流动性很高,因此这些地区的病例数量也很高。”

但是对于这些理由,Bukhari等人认为还有待探讨。例如,中国和东南亚之间的人口流动性也很高,这样来看这些国家较低的增长率就令人费解。

另外,也有人可能会反驳,认为中国香港、新加坡和中国台湾在SARS疫情暴发后建立了强大的应对疫情的基础设施,这或许有助于遏制病毒的传播。然而,Bukhari等人认为,这种复杂的基础设施在马来西亚、泰国、菲律宾、柬埔寨并不存在。

因此,研究人员认为,无法用和中国较低的人口流动性或强劲的卫生基础设施来解释东南亚所有这些国家较低的增长率。

同样,中国与非洲和拉丁美洲也有重要的商业关系,这些地区也没有大量的报告病例。这些国家中大多数缺乏良好的卫生保健设施,而且可能没有做足够的检测来确定新冠病毒的实际传播。

通过观察新冠病毒在沙特阿拉伯和阿联酋的传播,研究人员也获得了支持他们假设的进一步证据。他们提到,来自世界各地的成千上万的朝圣者访问沙特阿拉伯,同样,阿联酋是一个重要的国际中心,每年有数百万来自世界各地的游客和商人前来访问。而且,截至2020年3月20日,阿联酋的人均冠状病毒检测数量也是全世界最高的。

尽管这两个国家在过去几天采取了严厉的检疫措施,但病例数量表明,即使在检疫措施之前,病毒的传播也是有限的。

为何近期在较温暖和潮湿地区出现新冠病例高峰?

论文中指出,在过去1周(3月13日至3月21日),亚洲、南美洲和非洲的几个国家开始出现新冠病例数量增加的情况。有研究推测许多国家新冠病例数将呈指数增长,但Bukhari等人认为这种推测是不正确的。

主要理由是一些国家直到最近才开始检测新冠病毒,一旦开始检测肯定会出现激增情况。他们还认为应该考虑到本地传播和输出病例(即在其他地方感染了病毒,但在另一个地区进行了检测)之间的差异。

另外还需要考虑的是,与欧洲和美国实施的严格封锁不同,中东、非洲、南美和南亚国家的国内外之间还是依然流动的(截至2020年3月16日)。

在巴基斯坦和卡塔尔,大多数病例是从伊朗输入。截至3月14日中午,马来西亚确认了77例来自单一事件的病例,即2月底至3月初在吉隆坡举行的万人宗教活动;截至3月17日,马来西亚总病例的2/3与该事件相关。

Bukhari等人还认为,随着印度次大陆各政府加紧检测,病例数量可能也会大幅增加。

不过他们认为,在这些相对温暖和潮湿的国家(印度、巴基斯坦和孟加拉国,它们合计占全球人口的22%),未来一个月疫情的增长轨迹也将有助于更好地理解新冠病毒对温度和湿度的依赖性。

温度、湿度,哪个环境影响因素更重要?

从现有的疫情传播来看,研究人员认为新冠病毒病例数量与温度和绝对湿度之间的关系是密切的。然而,这种关系背后的潜在原因仍然不清楚。同样,研究人员也不知道哪个环境因素更重要,可能是其中一个影响更大,也可能两者一样重要,当然也不排除可能都没有影响。

他们的分析可以获得的是,3月11日之前,新冠病毒病例的90%发生在温度低于11℃的地区,这表明温度可能在病毒传播中发挥重要作用,较高的温度限制了病毒的传播。

然而,3月10日至3月19日期间,几乎有5%的新增病例发生在温度在16℃-18℃之间的地区。这一现象可能挑战了气温上升将使新冠病毒传播减缓的假设。

然而上述16℃-18℃地区轻微的病例数量激增不应该让我们完全忽视温度和新冠疫情之间的关系,除非疫情在所有温度地区都广泛传播,这样的话病例数和空气温度之间的联系也会在未来几个月消失。鉴于北半球正在接近夏天,他们预计将看到病例数和温度的变化。

当然,即使目前来看,温度高度20℃的地区病例数相对较少,但它对欧洲、美国北部目前的重点疫情地区的即时作用有限,因为在未来的4月至5月,这些地区的大多数城市的平均温度低于20℃。

与温度相比,绝对湿度和疫情的联系始终密切,90%病例发生在绝对湿度在4 g/m3-9g/m3之间的地区。Bukhari等人提到,此前也有研究指出,绝对湿度在病毒的传播中起着重要作用,它在新冠病毒传播中的作用应该深入研究。

非典在夏季突然消失,新冠是否沿袭相同模式?-风君子博客

绝对湿度随温度和相对湿度的变化。目前为止,90%以上新冠病例发生在红色区域。在绝对湿度大于10g/m3或小于4g/m3的地区报告的病例不到10%。

研究人员计算了温度在-5℃-40℃、相对湿度(RH)在0-100%之间的理论绝对湿度。气温低于15℃地区的绝对湿度小于9g/m3。温度在15-25℃之间时,绝对湿度如果要小于9g/m3,则相对湿度必须要大于60%。

这表明,即使新冠病毒在较高湿度的地区传播会减少,但这种减少在高于北纬40°的地区(包括大部分北美洲和欧洲)会受限,因为这些地区只有在7月和8月的一小段时间平均气温和相对湿度分别在20℃、80%以上。

鉴于绝对湿度的窄幅波动(4g/m3-9g/m3)在大多数病例环境中能观察到,以及以前的病毒传播和湿度的关系,Bukhari等人相信,绝对湿度在新冠病毒的传播中可能发挥更大的作用。

Bukhari等人表示,总体来看,他们的分析表明,由于环境因素而减少病毒传播的机会在北欧和北美大部分地区(美国和加拿大)将是有限的。但另一方面,亚洲国家,尤其是正经历季风的国家,在6月至9月期间,绝对湿度将大于10g/m3,病毒的传播将得到一定程度的缓解。

基于观察推测的解释

基于目前科学界对新冠病毒的了解甚少,很多问题尚没有明确解释。

目前已知的人类冠状病毒有七种:四种常见的引起轻度或中度呼吸道感染的病毒,即229E、NL63、OC43和KHU1;另外三种则是能引起严重症状甚至致死的冠状病毒,即SARS-CoV、MERS-CoV和新出现的新冠病毒。

中国疾控中心此前编制的《新型冠状病毒感染的肺炎公众防护指南》指出,冠状病毒属于套式病毒目、冠状病毒科、冠状病毒属,是一类具有囊膜、基因组为线性单股正链的RNA病毒,是自然界广泛存在的一大类病毒,也是目前已知RNA病毒中基因组最大的病毒(全长27-32kb)。

此前科学界对冠状病毒已有部分研究。上述防护指南提到,人冠状病毒对热较为敏感,病毒在4℃合适维持液滴中为中等稳定,-60℃可保存数年,但随着温度的升高,病毒的抵抗力下降,如HCoV-229E于56℃下10分钟或者37℃下数小时即使其丧失感染性。

此外,人冠状病毒不耐酸、不耐碱,病毒复制的最适宜pH为7.2。人冠状病毒对有机溶剂和消毒剂敏感,75%乙醇、乙醚、氯仿、甲醛、含氯消毒剂、过氧乙酸和紫外线均可灭活病毒。

Bukhari等人在此次研究中分析,新冠病毒的温度依赖性可能与SARS-Cov相似,SARS-Cov在更高温度下由于脂质层在更高温度下的分解而丧失了生存能力。

湿度依赖性则可能是由于病毒在较高绝对湿度下的空气传播性能较差,从而降低了新冠病毒在较高湿度水平下的总体间接传播。潮湿气候下新冠病毒传播的减少,原因可能是,虽然高湿度增加了沉积在表面的病毒,也延长了表现液滴中病毒的存活时间,但病毒传播从直接和间接(通过空气)传播转为只能直接传播。

不过,Bukhari等人强调,这些解释都是基于对其他冠状病毒模式的观察推测出来。科学界仍迫切需要在实验室控制条件下研究冠状病毒传播和温度、湿度的相关性。

强调:即使在较温暖潮湿的地区也要采取适当的检疫措施

Bukhari等人的这项假设是基于现有的数据,其正确性将在未来几周内随着全世界新病例的报告而自动得到检验。他们认为,应密切监测温度和湿度与新冠病毒病例之间的关系,如果新冠病毒传播存在很强的环境依赖性,则应利用这一关系优化疫情缓解策略。

他们同时强调,这份结果绝不意味着新冠病毒不会在温暖潮湿的地区传播,世界各地都应采取有效的公共卫生干预措施,以有效减少新冠病毒的传播,保护脆弱群体免受感染。

目前一些国家已经采取了“压扁病毒流行曲线”策略,也就是使病毒流行趋于平坦。这意味着这些国家通过隔离等措施使得新增病例速度控制在一个医疗系统可以承受的范围,避免疫情失控。如果流行曲线较为陡峭,则当地卫生保健系统会短期内超负荷,新增病人无法得到收治,甚至出现医疗物资短缺等严重状况。

Bukhari等人提到,虽然适当的隔离措施有助于压扁曲线,但他们认为,未来温暖潮湿的天气可能会使亚洲部分地区的传播速度放缓。然而,对欧洲和北美来说这些缓解似乎有限。

除了天气因素外,还有其他几个因素对任何地区的受影响病例数量有影响,包括人口、医疗质量、医疗干预、全球连通性等。他们认为,未来的工作应该包括使用这些因素,通过深度学习建模来预测传播。

前述马里兰大学医学院的那份研究也提到,进一步研究的途径将是整合流行病学-人类系统模型。该模型可以结合气候和天气等变量(例如温度,湿度的动态变化)及其时空变化,同时加入对人类互动场景的模拟(例如,旅行,人口密度造成的传播),这将大大改进目前的模型。

马里兰大学医学院当时表示,尽管在此阶段对新冠病毒进行长期预测会非常困难,但预计未来几个月内,目前受疫情影响的区域将大大减少。研究团队认为,有一种可能:新冠病毒将在热带地区以低水平继续传播,并在秋末、冬季及下一年的开始,在温带地区再次流行。另一种可能性是,随着夏季到来,新冠病毒将无法在热带和南半球存活,并最终消失。

这意味着,6月至9月之间,对新西兰、澳大利亚、南非、阿根廷和智利等地的新冠病毒监视工作将意义重大。