气候和环境影响下蚊媒传染病的时空风险及扩散特征

The accelerate flowing of population caused by the national strategy “One Belt and One Road”, and changing of global climate increase the potential risk of existing or new mosquito-borne diseases. Especially, the outbreak of Dengue fever in Guangdong in 2004 and explosive growth of Zika have seriously affected human health and economic growth. This project devotes to expounding and characterizing the mechanisms, ecological impacts and control of mosquito-borne diseases by mathematical modeling of the interaction between changing of environment climate and the spread of disease over time. With the help of the model reference control method and data handling, some eco-epidemiological models will be established which incorporate the population movement, the warm weather and extreme climate. The main objects include: (1) the risk index and the environmental impact on re-emergence of existing mosquito-borne disease (Dengue fever); (2) climate impact and ecology of potential mosquito-borne diseases (West Nile virus); (3) risk assessment and diffusive characteristic of the emergence of entirely new mosquito-borne diseases (Zika). Based on the advanced theoretical research and simulations of the epidemic, the project will be used to analyze and understand the spread dynamics of mosquito-borne diseases, to develop strategies that mitigate the impact of environment and climate on the spread of such diseases, and to promote the application of nonlinear PDEs and the development of epidemiology.

国家“一带一路”战略引起的人口加速流动和全球气候变化等增加了原发和新发传染病爆发的潜在风险，特别是2014年广东地区登革热的肆虐以及近期寨卡病毒在全球的爆发性增长均严重影响了人类的健康和经济的发展。本项目以蚊媒传染病为研究对象，以传染病形成与控制的动力学、生态学的综合机理为核心，以气候环境变化与传染病扩散的相互关系为主线，基于模型参考控制方法和数据处理等，考虑人口移动、温度持续上升、极端气候等因素建立传染病数学模型。主要科学问题包括：(1) 原发蚊媒传染病（登革热）再次爆发的风险指标和环境影响；(2) 潜在蚊媒传染病（西尼罗河病毒）的气候影响和生态学特征；(3) 新发蚊媒传染病（寨卡）的风险评估和扩散特征。通过深入的理论研究和直观的疫情模拟，该项目将分析进而了解蚊媒传染病的流行规律，为减轻气候环境对传染病扩散的影响提供策略指导，同时促进非线性微分方程的应用和传染病动力学的进展。

由蚊虫引起的传染病严重影响了人类的健康。本项目通过气候环境变化与传染病扩散的相互关系数学模型刻画，致力于蚊媒传染病形成与控制的动力学、生态学的综合机理，以及环境奇异性、周期性和自由边界对如登革热、寨卡、西尼罗河病毒等蚊媒传染病空间传播的影响。我们首先考虑了描述埃及伊蚊空间传播具自由边界的反应-扩散-对流模型, 给出了蚊虫扩张或者灭绝的充分条件。接着研究了描述登革热传播的人和埃及伊蚊相互作用的扩散传染病模型，给出了依赖于时间周期性的时空风险阈值。我们也探究了刻画西尼罗河病毒的自由边界问题，给出了风险指标。综合利用最大模原理、上下解方法、谱分析以及偏微分方程多种技巧给出了疾病的长时间状态。为了考察在持续猖獗的新冠疫情中封城和保持社交距离防控措施的效果，我们在古典的SEAIR传染病仓室模型基础上发展和分析了一个阶段的加权网络系统，结果表明公共卫生一级防控对高风险城市十分必要，可以迅速有效地拉平新冠曲线。团队考虑了一些具体的传染病模型。以广东某地２０１５年４月至９月流感实际病例数据为例，通过改进的SIV(易感者－感染者－环境中病毒数)传染病模型，说明了此次广东地区流感传播的最适温度约为24.9℃。针对上海市2012 至2018 年猩红热感染，我们利用SIS模型进一步验证了季节变化和温度对猩红热传播存在的影响。项目组所有人员所获得的研究成果以学术论文形式公开发表，以该项目号标注的学术论文有32篇，这些论文在Web of Science上已经被引用85多篇次,有关新冠四级防控的论文被科技日报、人民网等多家媒体报道。在该项目的资助下在扬州召开了国际论坛和线上研讨会，有3位博士研究生和5位硕士研究生顺利毕业并取得学位。