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]。對西安市2010—2014年疾病死亡率統(tǒng)計發(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，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)疾病氣象風險等級預(yù)報服務(wù)，可有計劃、有重點地預(yù)防疾病，降低死亡率，也對合理分配醫(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，日平均風速等資料。

1.2 研究方法

1.2.1 預(yù)報因子及預(yù)報方法 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)對模型進行檢驗。

回歸方程表達式[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；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 風險指數(shù)等級劃分方法 參照相關(guān)文獻[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)計得出呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)的平均值和標準差，將呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)平均值設(shè)為X，樣本標準差為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劃分為五個等級，作為西安市呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報標準。

表1 呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級劃分方法

2 呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報

2.1 預(yù)測模型的建立

對2010—2014年西安市呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示4—10月西安死亡人數(shù)相對較少且波動較小，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，粘膜纖毛運動減弱，細菌、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)疾病氣象風險指數(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日滑動平均值，以及日最高(最低)氣溫和氣壓3日滑動最大變幅(最高值與最低值之差)，日平均風速，與當日及滯后1～12 d的呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)逐一進行相關(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)的日均風速、3日滑動最低氣溫、3日滑動最低氣壓等99個氣象因子(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)報日前第12 d的日均風速(m/s)，X2表示預(yù)報日前第1 d的日均風速(m/s)，X3表示預(yù)報日前第1 d的滑動變溫(℃)，X4表示預(yù)報日前第12 d的滑動變溫(℃)，X5表示預(yù)報日前第12 d的滑動最低氣溫(℃)，X6表示預(yù)報日前第12 d的滑動最低氣壓(hPa)，X7表示預(yù)報日前第2 d的滑動變溫(℃)，X8表示預(yù)報日前第2 d的日均風速(m/s)。模型通過P<0.001顯著性水平檢驗，R=0.517，F(xiàn)=27.248。

2.2 預(yù)測模型的檢驗

按照預(yù)測模型選用的氣象因子代入2014年實況數(shù)據(jù)，計算預(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)與實際死亡人數(shù)對比(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)的平均相對誤差為20.4%，預(yù)測準確率在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，利于細菌、病毒侵襲、傳播。有研究表明，空氣污染加重時，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)生率會明顯增高[11]。非氣象因素的影響以及外界環(huán)境影響下個體自身調(diào)節(jié)適應(yīng)能力的差異均會導(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)相對誤差

2.3 等級預(yù)報

依據(jù)日死亡人數(shù)樣本均數(shù)和標準差劃分呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險等級的方法，將西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險等級劃分為五個等級，等級閾值及含義：Ⅰ級，S<1，不危險；Ⅱ級，1≤S<3，低危險；Ⅲ級，3≤S<9，中度危險；Ⅳ級，9≤S≤12，重度危險；Ⅴ級，S>12，極度危險。利用模型計算的2014年每日呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)預(yù)測每日呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險等級。2014年呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報結(jié)果顯示：Ⅰ級為0，Ⅱ級為0，Ⅲ級占比為6.6%，Ⅳ級為59.6%，Ⅴ級為33.8%。預(yù)報等級以Ⅳ級最多，其次依次為Ⅴ級、Ⅲ級，未出現(xiàn)Ⅰ級和Ⅱ級。

2.4 等級預(yù)報檢驗

將2014年呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報結(jié)果，與依據(jù)每日實際死亡人數(shù)得到的實際呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級進行對比分析，比較預(yù)報與實際等級的差異，計算預(yù)報等級與實際等級的一致率。將預(yù)報等級與實際等級完全相同即相差0級，或相差1級均視為等級預(yù)報正確，將相差0級與相差1級的占比之和，作為等級預(yù)報的準確率。等級預(yù)報檢驗結(jié)果如表2所示：預(yù)報等級與實際等級相差0級的占55%、等級相差1級的占43.0%，等級檢驗未出現(xiàn)等級相差3、4級的現(xiàn)象，預(yù)報等級與實際等級接近，預(yù)報準確率達到98%，準確率高。2014西安冬季降水偏少，霧霾天氣持續(xù)時間長，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)報等級整體較高也與死亡人數(shù)異常偏多的實況較為吻合。呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報方法能反映氣象條件對呼吸系統(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)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報準確率檢驗

3 呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(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)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報方法，利用該方法制作西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)預(yù)報產(chǎn)品，并相應(yīng)地編制綜合西安地區(qū)實際氣候特征、氣象環(huán)境風險因素以及個體防護等三方面的預(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)疾病氣象風險指數(shù)預(yù)報產(chǎn)品內(nèi)容主要包括風險指數(shù)預(yù)報等級、對應(yīng)的防范人群和預(yù)防建議。西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)預(yù)報包括5個等級：Ⅰ級，氣象環(huán)境對呼吸系統(tǒng)疾病無影響；Ⅱ級，氣象環(huán)境對呼吸系統(tǒng)疾病影響輕微；Ⅲ級，氣象環(huán)境對呼吸系統(tǒng)疾病有影響；Ⅳ級：氣象環(huán)境對呼吸系統(tǒng)疾病影響較大；Ⅴ級，氣象環(huán)境易致呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病或加重。強化健康氣象服務(wù)業(yè)務(wù)，將呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)預(yù)報產(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)報系統(tǒng)中。利用WRF數(shù)值預(yù)報模式輸出的氣象要素預(yù)報，每日定時自動生成西安呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)預(yù)報產(chǎn)品，根據(jù)服務(wù)需求制作相應(yīng)的專題預(yù)報、媒體視頻等，應(yīng)用于公眾、專業(yè)氣象服務(wù)及重大活動氣象服務(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)老機構(gòu)等提供健康預(yù)報預(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)疾病氣象危險指數(shù)等級預(yù)報方法。呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)預(yù)測準確率為79.5%，呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報準確率達到98%，所建立的方法預(yù)報效果較好。

(2)呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報產(chǎn)品可應(yīng)用于健康氣象服務(wù)業(yè)務(wù)，向社會大眾和易感人群發(fā)布，提醒人們在風險較高的天氣環(huán)境下做好防護措施，具有一定的應(yīng)用價值和社會價值。本研究僅對呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報進行了初步研究，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)測模型和風險等級預(yù)報的完善、研究結(jié)果應(yīng)用的社會價值和經(jīng)濟效益評價有待進一步深入。

(3)疾病的發(fā)生、發(fā)展除了受氣象環(huán)境因素影響外，還與個體自身狀況、就診治療情況、護理及個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，使得氣象因素對疾病的風險預(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)以及對患者疾病轉(zhuǎn)歸隨訪等信息，對呼吸系統(tǒng)疾病氣象風險指數(shù)等級預(yù)報逐步完善，為易感人群及患者生活方式提供更多更有價值的氣象服務(wù)和指導(dǎo)建議。