基于环境因素预测鼠疫自然疫源地空间分布格局及鼠疫传播风险

基于环境因素预测鼠疫自然疫源地空间分布格局及鼠疫传播风险

背景:鼠疫是由鼠疫杆菌引起的原发于啮齿动物之间且能引起人间流行的自然疫源性疾病。传染源主要是啮齿动物,传播媒介主要是蚤类。

在一定条件下鼠疫菌通过染疫的啮齿动物、蚤或其它途径而传播给人,造成人间鼠疫。鼠疫传染性强、传播快且病死率高。

鼠疫是人类历史上危害最严重的烈性传染病之一,历史上三次世界鼠疫大流行造成数亿人死亡。青藏高原喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地是目前我国12类鼠疫自然疫源地中已知范围最广、海拔最高的疫源地。

獭间鼠疫疫情持续活跃,几乎每年都有人间鼠疫疫情发生,但我们对该疫源地的具体空间分布缺乏准确掌握。鄂托克前旗长爪沙鼠鼠疫自然疫源地属鄂尔多斯高原相对独立的鼠疫自然疫源地,与青藏高原喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地不同的是该疫源地动物鼠疫间歇流行,存在比较明显的静息期和活跃期,而导致这种现象的可能环境因素还有待深入研究。

2005年,在我国新疆准噶尔盆地发现了以大沙鼠为主要宿主动物的新型鼠疫自然疫源地。大沙鼠是中亚地区典型的荒漠啮齿动物,与我国毗邻的哈萨克斯坦和蒙古等国早已发现大沙鼠鼠疫自然疫源地的存在。

我国境内的大沙鼠鼠疫自然疫源地是否局限于准噶尔盆地,是否有可能存在于我国其它荒漠地区,还需要进一步研究。目的:1、探讨喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地的遥感环境特征,并建立喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地的空间预测模型,从疫源地遥感环境特征的角度划分青藏高原喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地的分布区域,预测青藏高原地区鼠疫风险人口数

量和分布。

2、基于大沙鼠栖息地的气候特征预测鼠疫宿主动物大沙鼠在我国的空间分布,提示我国大沙鼠鼠疫自然疫源地的空间范围。3、阐明气候因素对鄂托克前旗长爪沙鼠鼠疫流行状态的影响。

4、建立鼠疫防控地理信息系统应用于我国鼠疫监测调查数据的管理分析,鼠疫应急处置与辅助决策。方法:1、收集2007-2009年青藏高原地区喜马拉雅旱獭鼠疫疫情监测数据,对旱獭鼠疫疫点进行空间定位并与GIS平台数字地图建立空间关联,结合覆盖青藏高原地区的遥感环境图层利用生态位建模分析喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地的环境特征,并根据疫源地的环境特征预测青藏高原地区喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地的分布区域,叠加我国人口分布栅格数据,估计青藏高原地区鼠疫风险人口的数量与分布。

2、对2000年以后我国大沙鼠发现点和标本采集点进行空间定位,以生物气候为预测因子,建立空间预测模型,筛选影响大沙鼠空间分布的生物气候变量,研究大沙鼠栖息地的生物气候特征,并预测大沙鼠在我国的空间分布格局。3、利用点二列相关和时间序列logistic回归模型分析鄂托克前旗气候因素对长爪沙鼠鼠疫疫情的影响。

4、从鼠疫疫情监测、调查、应急处理与辅助决策的需求出发,利用ArcGIS Engine GIS开发工具,整合鼠疫自然疫源地时空分布数据库、鼠疫监测与调查数据库、基础地理与多维环境遥感数据库,建立鼠疫防控地理信息系统软件。结果: 1、2007-2009年青藏高原喜马拉雅旱獭鼠疫疫情主要活跃于甘肃、西藏、青海和四川。

确定了高程、植被指数、年均日间地表温度与年均夜间地表温度是决定青藏高原喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地空间分布的重要环境因素。其适宜的环境特征范围分别为

(2240~5254m),(20~233),(1.85~23.80℃)和(-13.97~1.71℃)。

基于建立的空间预测模型绘制出青藏高原喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地的空间预测分布图,空间分辨率为1km2,并在甘肃开展了大范围现场踏查确定该疫源地预测分布图的准确性,其灵敏度和特异度分别为:89.47%和92.86%。估计该疫源地面积约为575,000 km2,青藏高原地区鼠疫风险人口约200万人。

主要分布于青藏高原的东部与南部。2、利用我国已知大沙鼠分布点和19个生物气候变量图层建立生态位空间预测模型明确了决定大沙鼠空间分布的主要生物气候变量为年均气温、年降雨量和气温季节性差异(四季平均气温的标准差)。

大沙鼠栖地最适年均气温约为8℃,最适年降水量约为179mm,并在此前提下四季气温波动越剧烈的区域越适合大沙鼠栖息。并基于该气候生态位模型绘制了鼠疫宿主动物大沙鼠适生区分布预测图。

3、点二列相关分析与多元logistic回归分析表明,鄂托克前旗长爪沙鼠鼠疫自然疫源地夏季降水量与春秋季平均气温是决定当地长爪沙鼠鼠疫流行的重要气象因素,夏季降水增多则促进未来2-3后年长爪沙鼠鼠疫流行,即夏季降水对长爪沙鼠鼠疫流行的影响存在约2-3年的滞后期。春秋季平均气温升高促进当年的长爪沙鼠鼠疫流行,没有明显的滞后效应。

结论:本研究综合应用3S空间信息技术与生态位模型绘制了青藏高原喜马拉雅旱獭鼠疫自然疫源地预测分布地图,经现场踏查被证实具有很好的预测效果,提示基于自然地理环境遥感数据来预测鼠疫自然疫源地分布是可行的,而且本方法革新了传统以疫源县划分疫源地的方法,本研究产出的疫源地分布图较传统疫源县地图更加精细合理地反映疫源地的空间分布情况和风险级别,有利于重点区域的划分及防控策略的制定。大沙鼠栖地空间分布

预测图表明准噶尔盆地是我国大沙鼠分布的气候高度适宜区,除了准噶尔盆地,大沙鼠的栖息地还广泛分布于内蒙北部和甘肃北部等荒漠地区,因此对大沙鼠鼠疫疫情的监测和调查不应局限于准噶尔盆地,该预测图为未来开展大沙鼠鼠疫自然疫源地疫情监测提供空间抽样参考。

本研究还发现夏季降水量增加将增加鄂托克前旗长爪沙鼠鼠疫在2-3后的流行风险,而春秋季气温增高促进当年的鄂托克前旗长爪沙鼠鼠疫流行。以上研究成果为更好开展疫源地监测提供了基础,探讨了自然环境与鼠疫疫情时空动态的关系,为制定鼠疫防控策略提供参考依据。