COVID-19会有季节吗-美国宇航局在地球数据中寻找

- 编辑:大众自然网 -

COVID-19会有季节吗-美国宇航局在地球数据中寻找

公元前400年,著名的希腊内科医生希波克拉底(Hippocrates)提供了已知的关于季节性呼吸道疾病的最早记载。围绝经期咳嗽的临床观察是侵袭希腊港口城市的一种冬季疾病。症状包括发烧、发冷、呼吸困难、肺炎,有时甚至死亡。

现代科学工具使我们能够观察和解释疾病的方式可能令希波克拉底大吃一惊。但是,解释为什么一些疾病暴发具有季节性周期,并预测这些周期的时间,仍然是一个具有挑战性的问题。2020年,随着新型冠状病毒(SARS-CoV-2)及其引发的疾病(COVID-19)在全球迅速传播,解决这一问题变得更加紧迫。

NASA已经加入到其他美国和国际机构中寻找答案。科学家们正在调查新型冠状病毒的传播与湿度、温度、降雨和其他环境变量的季节性变化之间的潜在关系。他们希望他们的工作将阐明天气和气候在影响病毒传播方面可能扮演的角色。

研究表明,一些呼吸道病毒有明显的季节性节律。例如,流感病例和几种冠状病毒已知会在冬季激增。肠道病毒的爆发通常发生在夏季。部分腺病毒和鼻病毒没有明显的季节性循环。

传染病专家和政策制定者面临的问题是:SARS-CoV-2将会如何表现?

与之最密切相关的四种其他球形、带刺的betacoronavirus提供了一些线索。中东呼吸综合征(MERS)和严重急性呼吸综合征(SARS)的传播范围和速度从来没有足够大,不足以显示季节性。但导致普通感冒的两种地方病病毒(OC43和HKU1)在冬天传播得更广。(地方性病毒总是存在;流行病病毒在区域内迅速传播;全球流行病传播。)

如果COVID-19冠状病毒像它的兄弟病毒一样在冬天流行,那么该病的病例会在夏季减少,但在秋季或冬季又会激增。这种可能性有一个令人担忧的先例。在1918年流感大流行期间,第一波疾病出现在春季,但相对温和。这是1918年秋天到来的第二波灾难,在全世界造成了数千万人死亡。

围绕SARS-CoV-2的潜在季节性的科学还太新,不能肯定地说任何事情。现在确实是急于把研究公之于众的时候了。本杰明·扎伊奇克说,他是约翰·霍普金斯大学的一名研究人员,正在美国宇航局的一项应用科学项目中工作,该项目旨在调查环境因素是否影响了新冠病毒的传播。每个人都在尽力帮助别人,很多人都觉得你现在就应该帮助别人,这样才能更快地解决问题。但是,公众应该明白,即使已经过去了几个月,对于病毒的季节性仍然没有任何明确的说法。

Zaitchik和其他研究人员希望通过利用重新分析的数据集和模型,将不同的环境数据合成为一个连贯的整体,从而得到一些清晰的答案。这些系统能在大范围和长时间内对地球大气层、陆地和水面产生一致的快照。这使得它们在研究持久的全球问题,如气候变化或传染病的季节性方面特别有用。

在寻找新冠肺炎可能的季节性信号时,Zaitchik和其他科学家将依靠来自美国国家航空航天局(NASA)、其他主要研究机构以及一系列国际卫星、飞机和天气观测系统的模型和数据。美国国家航空航天局(NASA)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)、日本航空航天探索署(Japan Aerospace Exploration Agency)、欧洲航天局(European Space Agency)和欧洲中程天气预报中心(ECMWF)拥有能够在全球范围内跟踪事物的观测和计算系统,因此能够很好地为COVID-19研究提供有用的数据。

季节如何影响呼吸道病毒?

季节性病毒的结构有一些相似之处,这表明某些特征很重要。例如,一些季节性病毒有脂质包膜,保护病毒RNA,并可能帮助病毒逃避人类免疫系统。一些研究表明,这些脂膜在温暖潮湿的条件下变得紊乱,使病毒更难传播。其他对人体解剖学的研究表明,鼻子和喉咙中抵御感染的结构在更温暖、更潮湿的环境中通常能更好地发挥作用。

2020年的一些非常初步的实验室研究指出,寒冷、干燥的环境和增加的SARS-CoV-2传播之间可能存在联系,几个研究小组开始在现实世界的健康和环境数据中寻找类似的模式。一项研究指出,在2020年冬末爆发疫情最严重的城市大多位于相同纬度(北纬30至50度)附近,总体温度和湿度条件相同。

目前,像这样的相关性应该被视为假设,而不是一种联系的证明。各国收集卫生数据的标准差异如此之大,因此,在大流行如此早期就比较结果,可能表明这种关系经不起时间和审查。除此之外,环境变量和病毒传播之间的关系可能被证明是复杂的;它们在低纬度的热带气候和中纬度的温带气候下的作用是不同的。就流感而言,干燥的冬季空气似乎有助于病毒在中纬度和高纬度地区传播,但有证据表明,热带潮湿季节极端潮湿的条件也有利于病毒。

我们大多数人关注的是温度是如何随着季节变化的,所以很容易忘记季节对大气的影响。例如,由于减少的阳光限制了湖泊和海洋的蒸发,冬季空气中的水蒸气含量显著下降。当室外干燥的空气被泵入室内加热时,它会变得更加干燥;由于暖空气比冷空气能储存更多的水分,相对湿度(衡量空气能储存多少水分的指标)大幅下降。

对于SARS-CoV-2,现在说还为时过早,哥伦比亚大学流行病学家Jeffrey Shaman说,他研究呼吸道病毒的季节性已经有几十年了。但如果要我打赌的话,我敢打赌这种病毒是有季节性的,就像流感和地方化的betaconavirus一样,它会随着环境条件的变化而变化,比如温度,尤其是绝对湿度。

来自两个主要大气再分析模型的数据已经被用于研究天气、气候和疾病之间的关系,它们可能对SARS-CoV-2季节性的突破至关重要。一个数据集是来自欧洲中期天气预报中心的Era -5,另一个是来自美国宇航局的现代回顾分析研究和应用(MERRA-2)。

确实没有比你从这些再分析产品中得到的大气的四维快照更精确和空间一致的了。美国宇航局全球模拟同化办公室的气象学家罗布·格拉罗说,他负责运营MERRA-2。每6小时,“莫拉-2”吸收至少500万个观测数据,并在某一特定时刻生成一张全球大气快照。

MERRA-2是美国国家航空航天局(NASA)的再分析产品,从美国国家航空航天局(NASA)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的几颗卫星(如Terra、Aqua和热带降雨测量任务)中提取数据。但实际上,它是数十颗卫星和天气监测系统提供的世界上最好的天气数据的混合体。由于一个国家发射所有卫星并管理实现全球覆盖所需的所有观测系统的费用相当昂贵,而且在后勤上不可能,因此各国分摊成本和管理挑战,然后共享数据。ERA-5的工作方式相同。

再分析数据的丰富性、广度和深度是它如此有用的原因。我们使用这些模型来密切观察温度和湿度数据,但我们不会就此停止,Zaitchik说。我们还将研究其他几个参数:降雨、土壤湿度、蒸发蒸腾、风、地面压力、蒸发率和紫外线照射,这些可能有助于我们检测信号或了解疾病传播。再分析工具的帮助下称为北美土地数据同化系统,Zaitchik和他的团队还应该能够连接流行病学和天气下县级北美和欧洲,因为环境和公共卫生数据在这些发达国家更详细的和一致的。

普林斯顿大学的一个团队在2020年5月发表的一项研究中强调了这一点。他们利用ERA-5和MERRA-2提供的2014-2020年绝对湿度数据,制定了如果季节性效应被证明与流感和普通感冒的betacoronavirus类似,SARS-CoV-2可能如何传播的方案。他们的结论是,在新出现的病毒的大流行阶段,季节性只会驱使人们谦虚谨慎。传染病大小的改变。

普林斯顿大学的首席研究员Rachel Baker解释说,SARS-CoV-2大流行可能最终会形成季节性爆发的模式。但可能需要一些时间才能在数据中真正看到这一点。她说。“;理想情况下,你会有足够的数据可以看病毒活动在同一个城市在多个seasons—至少三个years—我们可以满怀信心地说,之前有一个季节性信号并且能够描述它.”

所以,当像Baker、Shaman和Zaitchik这样的科学家们在忙着寻找线索时,关于SARS-CoV-2季节性的确切答案在几季内都不会出现。

当你不断接受新的信息和研究时,请记住,这种病毒对科学来说是新的,人们才刚刚开始研究它,Zaitchik说。做高质量、权威的科学研究需要时间,有时甚至是很长的时间。人们渴望得到答案,这是可以理解的,但我们也必须努力用耐心来平衡这种渴望。