中國人感染H7N9的時空傳播特性分析

王保云 金珠 王婷 董雯 周希 孫顯辰 劉粉連

摘 要：為揭示中國人感染H7N9疫情的時空發(fā)展規(guī)律和演變規(guī)律，基于2013年至2017年人感染H7N9統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分別進行時間序列和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析。首先以月為時間單位分析疫情時間序列，識別疫情的高峰期和低谷期，在此基礎(chǔ)上將整個疫情期進行階段劃分，并對各階段的疫情變化規(guī)律進行分析。然后根據(jù)疫情病例的發(fā)生位置建立標(biāo)準(zhǔn)差橢圓，通過各階段橢圓中心、方位角和面積大小的變化刻畫疫情的擴散情況。最后，通過對3個典型區(qū)域在時間和空間上進行分析，進一步驗證疫情的擴散規(guī)律。結(jié)果表明：每年12月至次年5月為疫情高發(fā)期，尤其是1月和2月，這2個月病例數(shù)占比高達51.74%;每年的9月為疫情低谷期，是疫情擴散階段的劃分點。在整個疫情期間，病例數(shù)呈上升、下降、爆發(fā)和歸零的趨勢;空間上，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的中心從湖州市向撫州市、衢州市轉(zhuǎn)移，橢圓覆蓋區(qū)域也由較為集中的沿海地區(qū)擴展到內(nèi)陸地區(qū)，說明前期的控制措施不夠得力，防控效果不明顯，使得疫情出現(xiàn)了蔓延的趨勢。后期采取了嚴(yán)格措施使疫情得到了有效控制。研究中國人感染H7N9的時空傳播機制規(guī)律，可為中國傳染病的預(yù)測與防治提供一定的理論和實踐參考。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng); 時空分析; H7N9; 禽流感; 時空特征

中圖分類號：P208;R511.7 文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.7535/hbkd.2021yx02006

Analysis of spatio-temporal transmission characteristicsfor H7N9 infection in China

WANG Baoyun1，JIN Zhu2，WANG Ting3，DONG Wen4，ZHOU Xi2，SUN Xianchen2，LIU Fenlian2

（1.School of Mathematics，Yunnan Normal University，Kunming，Yunan 650500，China; 2.School of Information Science and Technology，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500，China; 3.School of Foreign Languages & Literature，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500，China; 4.Faculty of Geography，Yunnan Normal University，Kunming，Yunanan 650500，China）

Abstract：To reveal the temporal and spatial development and evolution of human H7N9 infection in China， based on the statistical data of human H7N9 infection from 2013 to 2017， time series and standard deviation ellipse analysis were performed. Firstly， the epidemic time series was analyzed with month as time unit， and the peak and trough periods of the epidemic were identified. On this basis， the whole epidemic period was divided into stages， and the epidemic change law of each stage was analyzed. Then the standard deviation ellipse is established according to the location of the epidemic cases， and the spread of the epidemic situation is described by the changes of the ellipse center， azimuth and area in each stage. Finally， through the time and space analysis of the three typical areas， the spread law of the epidemic was further verified. The results show that， the high incidence period is from December to May every year， especially in January and February. The proportion of cases in these two months is as high as 51.74%. September of every year is the low point of epidemic situation， which is the dividing point of epidemic spreading stage. During the whole epidemic period， the number of cases increased， decreased， broke out and returned to zero. Spatially， the center of the standard deviation ellipse shifts from Huzhou City to Fuzhou City and Quzhou City， and the coverage area of the ellipse also expands from coastal areas to inland areas. It shows that the early control measures are not effective enough， and the effect of prevention and control is not obvious， which makes the epidemic spread. In the later period， the strict measures had a good effect， and the epidemic situation was effectively controlled. Study the spatio-temporal transmission mechanism of human infection with H7N9， can provide a theoretical and practical reference for the prediction and Prevention of infectious diseases in China.

Keywords：

geographic information system; spatio-temporal analysis; H7N9; avian influenza; spatio-temporal characteristics

禽流感是由禽類烈性感染病的病毒引起的，該病毒本身比較溫和，但在傳播時因基因發(fā)生重組導(dǎo)致其具有高致病性。多數(shù)禽流感只在禽類之間傳播，個別種類的禽流感病毒會跨物種感染人類[1]。2013年3月底，中國的上海和安徽地區(qū)率先發(fā)現(xiàn)了此類病例，同年5月，河南、山東、江西、湖南、福建、上海、安徽、江蘇等10個省（市、自治區(qū)）都出現(xiàn)了H7N9禽流感病例。截止到2018-02-10，廣州發(fā)現(xiàn)最后一例人感染H7N9，中國30個省、市和自治區(qū)共出現(xiàn)了1 695例。疫情的不斷暴發(fā)和持續(xù)蔓延造成了大量人員傷亡，對家禽養(yǎng)殖業(yè)也造成了沉重打擊，引起了社會的恐慌，嚴(yán)重影響了國家安定和經(jīng)濟發(fā)展[2]。

人感染H7N9具有快速傳染性，引起了全球范圍內(nèi)研究者的廣泛關(guān)注[3-13]。董雯等[14]對2013-2014年中國人感染H7N9疫情進行空間可視化和時空分析得出，2014年的病例高發(fā)期比2013年的高發(fā)期提前，且病例主要發(fā)生在中國東部及東南部地區(qū);張人杰等[15]對浙江省2013-2014年人感染H7N9病例進行空間自相關(guān)分析得出，浙江省人感染H7N9的發(fā)病在時間和空間尺度上均有明顯的聚集性;康敏等[16]采用空間自相關(guān)分析和時空掃描統(tǒng)計對廣東省21個地市，從2013年4月-2015年3月人感染H7N9的發(fā)病情況進行了時空聚集性分析，得出廣東省人感染H7N9疫情有2個發(fā)病高峰，病例主要發(fā)生在當(dāng)年的11月至次年3月;丁鴻等[17]對2013-2016年浙江、廣東、江蘇、福建、安徽、上海等地人感染H7N9進行時空聚集性分析得出，人感染H7N9疫情發(fā)生有區(qū)域高發(fā)特點;QIU等[18]對2013-2017年長江三角洲區(qū)域的人感染H7N9進行疫情方向分布研究得出，中國人感染H7N9的高風(fēng)險地區(qū)是長江三角洲地區(qū)和東南沿海地區(qū);黃嘉殷等[19]對2012-2017年佛山市人感染H7N9疫情空間、時間流行特征進行分析得出，該地區(qū)疫情存在明顯的空間聚集性以及時間聚集性;郜振國等[20]對2014-2017年新疆地區(qū)人感染H7N9流行病學(xué)進行特征分析得出，新疆地區(qū)人感染H7N9死亡率為84.61%，60歲以上男性是新疆地區(qū)人感染H7N9禽流感病例高危人群，病例發(fā)病時間集中在夏季至冬季;馬巖等[21]對2013-2017年浙江省紹興市27例人感染H7N9病例進行流行特征分析得出，紹興地區(qū)人感染H7N9具有明顯的季節(jié)性，并得出50歲以上男性人群、農(nóng)民和基礎(chǔ)性疾病患者是感染的高危人群。

上述研究中一些對中國人感染H7N9分析的時間長度較短，時間上沒有覆蓋中國人感染H7N9整個周期;而另一些只對人感染H7N9疫情發(fā)生的部分區(qū)域進行分析，空間上具有一定的局限性。本文通過對2013-2017年中國所有省份的禽病數(shù)據(jù)進行探索性和實證性分析，探索人感染H7N9的時空分布特征及其變動特征，并通過與H1N1豬流感比較，總結(jié)出人感染H7N9的時空傳播機制規(guī)律，為中國傳染病的預(yù)測與防治提供一定的理論依據(jù)和實踐參考。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

病例數(shù)據(jù)主要來源于世界衛(wèi)生組織（WTO）官方網(wǎng)站、國內(nèi)各省衛(wèi)生與醫(yī)療中心和疾病與控制中心公示材料，包括發(fā)病時間、就診時間、性別、年齡和死亡情況以及每個病例的位置（經(jīng)度、緯度）等詳細(xì)信息。省界矢量圖來自中國國家基礎(chǔ)地理信息中心網(wǎng)站（http：//ngcc.sbsm.gov.cn） 。

1.2 研究方法

1.2.1 疫情時間分布分析

2018-01-01至今，全國只發(fā)生了2例人感染H7N9。相比于2013—2017年間的病例數(shù)，可認(rèn)為是偶發(fā)事件。因此本文著重研究2013-2017年間的人感染H7N9的時間分布。將病例數(shù)據(jù)按時間排序后以月為單位進行統(tǒng)計，通過觀察月病例數(shù)的多少得出禽流感暴發(fā)的高峰期和低谷期。

根據(jù)中國人感染H7N9的高峰、低谷期，本文將總疫情按照一定的時間長度分為5個階段，采用描述性統(tǒng)計分析方法對每個階段病例數(shù)進行分析，探究中國疫情在每個階段的具體情況以及疫情在時間上的變化規(guī)律。

1.2.2 疫情空間分布分析

本文將每個病例數(shù)的經(jīng)、緯度導(dǎo)入ArcGIS 10.3中，利用空間分析工具中的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析方法分析疫情。在進行標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析時，將橢圓的標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)設(shè)為一個標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)橢圓的平均中心、方位角以及橢圓的面積大小確定疫情的中心點、方向和范圍。由于每個階段的疫情不同，因而最終會得到疫情在空間上擴散的動態(tài)變化。

1.2.3 典型區(qū)域分布分析

典型區(qū)域包括長江三角洲及周邊地區(qū)、珠江三角洲及周邊地區(qū)和京津冀區(qū)域。其中長江三角洲區(qū)域的上海和安徽兩地是中國人感染H7N9的首發(fā)地區(qū);珠江三角洲包含廣東、香港、澳門，地理位置比較特殊，且該地區(qū)疫情具有突發(fā)性;而京津冀地區(qū)包含中國首都北京所在地，疫情較輕且具有較長時間的穩(wěn)定性，所以本文將這3個區(qū)域的病例數(shù)按月進行統(tǒng)計并用時間序列分析方法探究疫情的時空分布規(guī)律以及差異。

2 分析與討論

2.1 疫情時間分布分析

自2013-03-13發(fā)現(xiàn)第一起病例至2013年末，全國共發(fā)現(xiàn)了143例。2014年病例數(shù)增加到356例，2015年、2016年病例數(shù)有所減少，分別為230例、235例。2017年疫情最嚴(yán)重，病例數(shù)達到729例。

2013-2017年中國人感染H7N9的低谷期是每年6-10月、高發(fā)期是每年的12月-次年5月，高發(fā)期新增病例數(shù)占總病例數(shù)的84.82%。其中2013年病例數(shù)的高發(fā)期在4月，有117例，占該年總病例數(shù)的81.82%;2016年疫情的高發(fā)期是1-3月、5月、12月，4月新增病例數(shù)較少（只有5例）;2017年疫情的高發(fā)期是1-6月，其中2月病例數(shù)最多，共236例，6月病例數(shù)降至40例，如圖1所示。

根據(jù)人感染H7N9的5個峰值將總疫情分為5個階段，如表1所示。第1階段病例數(shù)較少，共有134例;第2階段病例數(shù)增加了2倍多，達到338例;此后第3和第4階段病例數(shù)一直在減少，病例數(shù)分別為247例、144例;但到第5階段時感染人數(shù)急劇上升，疫情最嚴(yán)重，是目前中國人感染H7N9的巔峰期，共有830例，超過了其他階段病例數(shù)之和。

相比H1N1豬流感等[22]控制較好的其他甲型流感，人感染H7N9的暴發(fā)次數(shù)更多、持續(xù)時間更長，對經(jīng)濟、社會的影響更為長久。

2.2 疫情空間分布分析

2013-2017年中國人感染H7N9的空間分布規(guī)律較明顯，并且疫情的空間分布格局隨著階段的推進而發(fā)生較大改變。圖2為2013-2017年中國人感染H7N9總病例數(shù)的統(tǒng)計圖。藍色表示沒有病例數(shù)，黃色表示病例數(shù)較多，紅色越深表示病例數(shù)越多。

中國疫情分布廣泛，且疫情嚴(yán)重區(qū)分布在沿海一帶，中西部地區(qū)疫情較輕。疫情嚴(yán)重的地區(qū)有浙江、廣東、江蘇、福建4個沿海地區(qū)，其中浙江共有340例病例，占全部病例數(shù)的20.08%;廣東共有278例病例數(shù)，占比為16.42%;江蘇共有272例病例，占比為16.07%;福建共有129例病例，占比為7.62%。4個省份共有1 019例病例，占中國總病例數(shù)的60.19%。疫情較嚴(yán)重的地區(qū)是與疫情最嚴(yán)重地區(qū)相鄰的安徽、上海、湖南3個省，共有61～129例。西部地區(qū)疫情較為輕微，新疆共有16例，其他省份感染人數(shù)均在5人以下。

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓中心的總體變化規(guī)律是：以東部沿海地區(qū)為起點，逐步向南、向西擴展，如圖3所示。第1階段的疫情標(biāo)準(zhǔn)差中心是浙江省湖州市，該階段疫情高發(fā)地區(qū)是江蘇、浙江、上海，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓以南北方向為主。第2階段的疫情標(biāo)準(zhǔn)差中心是江西省撫州市黎川縣，疫情高發(fā)區(qū)為江蘇、安徽、浙江、廣東、福建、上海等沿海城市，疫情比第1階段嚴(yán)重，由于廣東等地病例數(shù)增加，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方向向西南方向傾斜。第3階段的疫情標(biāo)準(zhǔn)差中心是江西省撫州市宜黃縣，新疆地區(qū)的病例數(shù)較多，橢圓面積較大，疫情區(qū)分布較為分散，由于新疆病例數(shù)的增加，使得標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的方向轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞅狈较?。?階段的疫情標(biāo)準(zhǔn)差中心是浙江省衢州市開化縣，此階段疫情非常近似于第2階段的加重版本，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的中心和方向均與第2階段相近。第5階段的疫情標(biāo)準(zhǔn)差中心轉(zhuǎn)移到內(nèi)陸的湖北省黃岡市，疫情出現(xiàn)了全面暴發(fā)現(xiàn)象，全國只有青海、寧夏、黑龍江、海南4個省，自治區(qū)沒有疫情。

由標(biāo)準(zhǔn)差橢圓中心點與方向性的變化可看出，中國疫情自安徽、上海暴發(fā)后開始向南擴散，之后向中西部地區(qū)蔓延，疫情在空間上的分布總體呈現(xiàn)出由東部沿海擴散到東南部沿海，并逐步向內(nèi)陸推進，最終覆蓋到大半個中國。

從空間分布的規(guī)律來看，人感染H7N9隨著時間的演變，傳染中心發(fā)生了多次轉(zhuǎn)移，但全都位于東南沿海，這一點與其他甲型流感大體類似。所不同的是，H1N1豬流感是通過國際旅行傳播的[23-24]，傳染中心會暴發(fā)于內(nèi)陸地區(qū)（例如西藏），但人感染H7N9的傳染中心始終位于水系較為發(fā)達的沿海地區(qū)，這或許與這些地區(qū)禽類數(shù)量較多有關(guān)。

2.3 典型區(qū)域疫情分布分析

從5個階段的發(fā)展來看，中國兩大河流中下游均為疫情的暴發(fā)區(qū)域：長三角地區(qū)是疫情的起源地，也是疫情最嚴(yán)重的地區(qū);珠三角地區(qū)比長三角地區(qū)晚半年發(fā)現(xiàn)人感染H7N9病例，其5個階段的疫情也比長三角地區(qū)稍輕。京津冀地區(qū)作為旅游、中轉(zhuǎn)人流量最大的區(qū)域，出現(xiàn)不少輸入性病例，但由于政府管控有力，傳播源較單一，因而疫情只在第5階段出現(xiàn)明顯增長。

圖4給出了這3個地區(qū)的疫情發(fā)展趨勢。圖中橫坐標(biāo)依次代表2013年1月至2017年12月的每一個月份。

2.3.1 長江三角洲及周邊地區(qū)

長江三角洲的安徽省、上海市是中國人感染H7N9的首發(fā)地區(qū)，該地區(qū)大多處于平原，海拔較低，是中國H7N9疫情最嚴(yán)重的地區(qū)。

從時間上分析，該地區(qū)從第1階段到第5階段疫情均較為嚴(yán)重。從2013年暴發(fā)第一起病例至當(dāng)年年末共有117例，其后2014-2015年病例數(shù)先增加后減少，分別為165例、91例，2016-2017年病例數(shù)快速增加，特別是2017年病例數(shù)增加到258例。該地區(qū)每年1月-次年4月都是禽流感的高發(fā)時段，其中2013年疫情高發(fā)期為4月，占年病例總數(shù)的88.03%;2016年高發(fā)期為1-3月、12月，占年病例總數(shù)的82.76%。

從空間上看，長江三角洲及其周圍地區(qū)包含4個省和55個城市，共有801起病例，其中浙江（340例）、江蘇（272例）、安徽（127例）、上海（62例）。疫情高發(fā)于長江三角洲城市集群區(qū)，而周圍地形地勢較高的地區(qū)疫情較輕。該區(qū)域內(nèi)浙江省的疫情最嚴(yán)重，其次是江蘇省和安徽省，上海疫情與之相比較輕。其中疫情嚴(yán)重的有杭州（疫情最嚴(yán)重，共有95例）、蘇州（50例）、湖州（42例）、寧波（40例）、合肥（39例）;其余地方疫情較輕，包括衡陽市、太倉市、桐鄉(xiāng)市、安吉市、金華東陽市等疫情區(qū)的病例數(shù)都在4例以下，如表2所示。

長江三角洲及周邊地區(qū)屬于疫情發(fā)展最早、持續(xù)時間最長、疫情最為嚴(yán)重的地區(qū)。特別是在第3階段和第4階段，雖然病例數(shù)明顯減少，但對傳播源的控制依然存在不少問題。無論在時間上還是數(shù)量上，該地區(qū)都引領(lǐng)了第5階段的全國疫情大暴發(fā)。

2.3.2 珠江三角洲及周邊地區(qū)

從時間上看，該地區(qū)第1階段僅有1起病例，疫情最輕;第2階段突然增加到117例，疫情有階段性突發(fā)特征。自2014年起，疫情高發(fā)期是每年的1-4月。其中2015年、2017年疫情高發(fā)只持續(xù)到3月，這期間病例數(shù)先減少后增多，減少到2016年12例后于2017年驟增，增加到71例。

珠江三角洲及周圍地區(qū)中疫情首發(fā)地區(qū)是廣東省，也是疫情最嚴(yán)重地區(qū)（278例），香港較輕（21例），澳門僅在第5階段發(fā)現(xiàn)3例，疫情最輕，各地區(qū)的疫情從第2階段驟增。5個階段，疫情嚴(yán)重的有深圳（51例）、廣州（42例）、佛山（26例）、東莞（17例）。疫情嚴(yán)重區(qū)發(fā)生在珠江三角洲城市集群，如表3所示。

長江三角洲及周邊地區(qū)疫情較為嚴(yán)重，但沒有出現(xiàn)長江三角洲及周邊地區(qū)的突然暴發(fā)情況，特別是在全國大范圍疫情暴發(fā)的第5階段，珠江三角洲地區(qū)的病例數(shù)仍然比第2階段和第3階段少。

2.3.3 京津冀及周邊地區(qū)

該地區(qū)疫情在時間上的暴發(fā)僅有一個高發(fā)期，其他階段疫情較輕且穩(wěn)定，疫情僅在2017年4-6月高發(fā)。2013年5月該地區(qū)首次暴發(fā)疫情，至2016年末該地區(qū)共有14起病例，逐年發(fā)病數(shù)分別為2例、3例、1例、8例，疫情穩(wěn)定;2017年病例數(shù)突增（共53例），疫情最嚴(yán)重?？梢钥闯銮萘鞲斜┌l(fā)后幾個月都無新增病患者，表示該地區(qū)禽流感的傳播擴散速度慢，并且在禽流感暴發(fā)后得到了強有力的控制。

京津冀及周邊地區(qū)包含3個?。ㄊ校?，包括北京、天津、河北，共有67起病例數(shù)，其中疫情最嚴(yán)重的是北京市（34例），其余地方疫情較輕，天津市有5例，河北有28例。保定、滄州、承德、廊坊、石家莊、秦皇島、衡水等地最多有7例。疫情集中在北京及其近鄰的幾個城市，如表4所示。

京津冀地區(qū)的人感染H7N9一直得到了很好的控制。隨著輸入病例的增多，在第5階段也出現(xiàn)了較多的感染病例?？傮w來講，京津冀地區(qū)的疫情預(yù)防工作做得較為扎實。

3 結(jié) 論

1）2013-2017年，中國人感染H7N9的發(fā)生具有明顯的時間分布特性：疫情暴發(fā)于當(dāng)年12月-次年5月，具有明顯的季節(jié)性，即疫情在每年的冬春季節(jié)暴發(fā)，夏秋季節(jié)病例少。

2）疫情還具有明顯的空間分布特性：疫情集中發(fā)生在東南沿海一帶，廣東、浙江、江蘇最嚴(yán)重;疫情次嚴(yán)重區(qū)是與重災(zāi)區(qū)相接的福建、安徽、上海、湖南;西部地區(qū)也有疫情發(fā)生，其中新疆地區(qū)的疫情在西部來說較嚴(yán)重;此外還得出了中國沒有暴發(fā)H7N9禽流感的地區(qū)，即青海、寧夏、黑龍江、海南4個省、自治區(qū)。從標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析中還可以得出疫情在空間上的動態(tài)變化：疫情范圍由東部沿海的上海、安徽等地區(qū)擴散到東南部沿海的福建、廣州等地區(qū)，最終擴散到四川、西藏等近大半個中國。研究期間5個階段的疫情標(biāo)準(zhǔn)差橢圓平均中心都處于中國東部地區(qū)。

3）典型區(qū)域分析中，3個典型區(qū)域的選擇代表了各個地方疫情有所不同，即一些省份疫情嚴(yán)重，一些則較輕，而另一些疫情則很少。其中長江三角洲疫情具有明顯的高發(fā)期和低谷期，珠江三角洲屬于階段性突發(fā)，而京津冀地區(qū)則相對穩(wěn)定。此外，京津冀地區(qū)疫情暴發(fā)沒有明顯季節(jié)性特征，該地區(qū)在前4個階段病例數(shù)零星，僅有第5階段疫情在春季暴發(fā)。

綜上所述，研究期間中國人感染H7N9的傳播具有明顯的時間聚集性和空間聚集性。本研究存在不足：其一，本文收集的中國人感染H7N9病例數(shù)據(jù)來自WHO網(wǎng)站所公布的數(shù)據(jù)以及各省疾病與控制中心等網(wǎng)站，收集到的數(shù)據(jù)可能比實際數(shù)據(jù)少。其二，本文研究的主要是疫情的傳播時空特性，并沒有考慮其他因素可能對疫情的影響，如氣候、氣壓、河流、降水、交通、人口流動等人文因素和環(huán)境因素。今后將結(jié)合多種影響中國人感染H7N9的有關(guān)環(huán)境和人文因素進行深入分析，為及時監(jiān)測并預(yù)防禽流感提供科學(xué)依據(jù)。

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