气候变化对人类健康的影响与适应机制研究

项目名称： 气候变化对人类健康的影响与适应机制研究首席科学家： 刘起勇 中国疾病预防控制中心起止年限： 2012.1 至 2016.8依托部门： 卫生部一、关键科学问题及研究内容拟解决的关键科学问题研究气候变化与极端天气事件对人类健康的影响，以及不同区域气候敏感疾病的响应和适应机制，评 估我国受气候变化影响的脆弱人群特征及其区域差异，对于国家应对和适应气候 变化， 针对气候变化敏感疾病的防控和应急机制的建立，以及有关政策的制定和评估，提高人群健康水平都有重大意义。 针对国家、区域可持续发展、应对和适 应气候变化带来的健康影响所需的基础科学支撑，结合国内外研究现状与存在问题，本项目拟解决以下关键科学问题：1. 确立气候变化与人类疾病关联规律的基本认识，揭示气候变化影响传染性疾病的动态时空传播和进化机制。（1）明确气候变化与人类疾病负担的关联性、关联模式和关联强度，提出气候变化和人类疾病的阈值。揭示过去不同时空尺度上气候变化通过直接、间接暴露与传染性疾病和慢性非传染性疾病的关联规律。通过对每一类/种疾病与气候 变化中多种直接、间接因素的关联分析，筛选出与致病相关的气候变化因素。通过对每一气候变化因素与多种疾病的关联分析，以及多种气候变化因素与多种疾病的关联分析，筛选出对气候变化敏感的典型疾病。基于两者关联规律，提出气候变化因素和人类疾病负担的阈值，即气候变化因素例如温度每升高一度对人类健康指标与疾病负担的影响，和特定温度区间的 变化引起人类疾病负担值域的陡变。（2）研究气候变化影响传染性疾病发生与时空动态传播机制。气候变化通过直接、间接暴露使病原体发生变异并导致传染性疾病的突发性，从而探究新发突发传染性疾病的发生。同 时定量化研究在过去的气候变化过程中，病原体与宿主（包括人类）协同进化并通过环境、生物媒介、人 类活动多种途径的传染病传播机制与进化历程。进而探索气候变化与人类机体遗传特性变化之间的机制关系。（3）模拟气候变化对病原体及宿主的影响。在实验室模拟控制相同或不同的环境温度（水温度和空气温度）、相对湿度和光周期，研究病原体及生物媒介完成生命周期所需的有效积温、对相对湿度和光周期的反应以及发育时间，从而验证、反 馈给气候 变化对传染性疾病的机制模型并修正所需变量、参数与起始条件。根据疫源地类 型以及验证并修正的气象要素特征、对病原体及宿主的影响研究， 进一步确定影响自然疫源地的气象要素与传染病疾病负担的阈值。（4）分析由于气候变化导致的慢性非传染性疾病的疾病负担和滞后效应。基于气候变化与慢性非传染性疾病两者关联规律提出的直接、间接暴露因素和人类健康与典型慢性疾病负担的阈值，探求不同地区归因于气候变化的人均期望寿命损失。根据气侯 变化与健康时间序列上的关联强度，推究气候变化的人群归因分值和滞后时间， 结合气候敏感慢性疾病的疾病负担和慢性疾病特点，得到不同地区可归因于气候变化的疾病负担和滞后效应。2.辨识与我国高发的极端天气事件相关的敏感性疾病及特征，进而确定极端天气事件对我国人群造成的疾病负担。极端天气事件往往对人类健康造成更加严重的影响。但是，目前尚不清楚与我国高发的极端天气事件相关的敏感性疾病类型。因此，迫切需要掌握相关信息，进而定量评估及预测极端天气事件对我国人群造成的疾病负担，明确极端天气事件对我国人群健康的影响程度，为制定相关适应性政策奠定重要基础。3. 识别我国受气候变化影响的脆弱人群特征以及区域响应差异国内外已有研究表明气候变化和极端气候事件与病原谱、症候群、发病率、死亡率有密切关系。由于气候变化本身造成的区域差异，以及由于地理环境、人口结构、 经济社会背景的区域差异，导致发病率、死亡率和疾病负担的区域差异，形成气候变化- 健康影响的双重区域差异。需要对此进行识别、影响评价和情景预测，为 制定气候- 健康适应性对策提供有区域针对性的科学依据。（1）形成我国气候-健康时空分布特征的基本认识。根据样点观测数据生成气候与健康相关指标的全国时空分布 GIS，进一步归纳总结出时空变化规律。如何在方法上解决由于气候变化输出的自然单元数据与健康观测和效应输出的行政单元之间的转换，并提供给 决策部门制定相应的策略和措施。（2）气候-健康脆弱人群与敏感区域识别。从气候与健康的关系中识别出脆弱人群的人口年龄、职业、收入等结构特征；由于各地人口结构和经济水平组合的差异，评 价并识别出我国气候 -健康的敏感区域。（3）气候-健康区域负担估算。根据样点数据对全国和区域的气候敏感疾病的发病率、死亡率做出无偏最有估计，并据此估算全国和敏感区域的健康负担。（4）气候-健康时空分析工具研制。气候健康的脆弱人群、敏感区域、健康负担的准确识别和估算，需要性能优越的时空分析工具保障。参考修正和研制适合我国数据条件的气候-健康高性能分析工具。4. 不同区域气候敏感疾病的响应和适应机制研究（1）建立气候变化与人群健康信息资源共享与动态决策支持可视化技术平台。本研究需要应用气候、地理、人口、健康等各方面的信息，这些信息分布在不同的课题和部门，各课题间 需要互相关联，因而建立一个公共信息资源共享平台尤为必要。在制定响应和适应气候变化的策略和措施时，也需要依据共享平台上的各种信息，结合专家意见和不同的情景模型做出决策。该平台的建立， 对我国未来气候与健康相关的研究将具有重要的意义。（2）气候-健康脆弱地区进行气候-健康综合评估根据历史资料、已掌握的知识及本研究前三个课题的研究结果，在全国范围内选择极端天气事件（如热浪）和典型的气候敏感疾病（登革热）频发的典型区域，开展我国不同地区的气候-健康脆弱性综合评估，主要包括暴露度、敏感度和适应能力三方面。然后计算气候 -人类健康脆弱性指数，导入决策支持系统， 为应对气候变化的策略和措施提高决策依据。（3）响应和适应机制的建立与实施在选定的研究地区针对该区域的典型天气事件（如热浪）和典型的气候敏感疾病（登革热），建立事件导 向和疾病导向的响应和适应机制并加以实施，探索气候敏感疾病响应和适应机制建立的方法和途径，为其他区域或其他气候敏感疾病的响应和适应机制建立提供理论和应用基础。主要研究内容围绕上述关键科学问题，本项目研究的内容包括以下四个方面：1.气候变化对人类传染性疾病和慢性非传染性疾病的影响（1）回顾性筛查对气候变化敏感的疾病重点收集与整合气候变化直接影响要素与间接影响要素的时空分布数据、我国法定传染病、新发突发传 染病及慢性非传染性疾病及监测点疾病发生的时空分布数据，研究全球气候变化与疾病时空分布数据之间的关联性、关联模式和关联强度， 进行普适性探索，筛查出对气候变化敏感的疾病，据此提出气候变化和人类疾病的阈值，从而提供理论模型研究与实验室研究的病种。（2）建立气候变化影响传染性疾病发生传播的时空动态模型依据回顾性筛查研究结果，定量分析气候变化中直接暴露与间接暴露因素变化对宿主、病原体及传播途径变化的影响， 进而掌握气候变化对传染病发生影响程度，研究全球气候变化下的典型传染病发生以及动态传播机制，进行特异性探索，建立气候变化传染病发生及动态传播机制模型并分析其敏感性及不确定性。（3）模拟气候变化对病原体、媒介及宿主的影响依据回顾性筛查研究结果和气候变化-传染病发生传播模型模拟结果，通过模拟真实气候环境与传播过程，对气候变化影响下的病原体传染力、侵入方式、侵袭力、致病力、毒力、变 异性及抗原性变化与媒介、宿主相互作用进行实验验证，结果反馈回气候变化 传染病发生传播模型。（4）预测气候变化与传染性疾病和慢性非传染性疾病的发展利用气候变化影响传染性疾病发生传播的模型，基于未来不同排放情景下气候变化趋势模拟，对筛选出来的典型传染病的突发性进行病原变异的来源探索，对其动态传播变化趋势进行预测，并做灵敏度分析、情景不确定性和模式不确定性分析。预测结果再结合模 拟的气候变化趋势、 对传 染病病原体以及宿主的影响的实验室模拟、验证实验协 同反馈回传染病动态传播模型，以期进一步修正模型参数。利用气候变化与慢性非传染性疾病的关联规律，预测气候变化直接间接暴露影响下其疾病负担阈值。2.极端天气事件对人群健康的影响研究（1）筛选与我国高发的极端天气事件相关的敏感性疾病基于气象资料数据库与疾病及死亡资料数据库，筛选出与极端天气事件相关的敏感性疾病。（2）极端天气事件对人群健康影响的定量研究开展典型极端天气事件对人群健康影响的系统分析；定量测量极端天气事件与敏感性疾病的关系。掌握极端天气事件与敏感性疾病的关系及影响程度。（3）极端天气事件疾病负担评估及预测研究评估基准时间段及预测未来时间段归因于热浪事件的超额发病率、超额死亡率及疾病负担。从时间及空 间两个尺度，确定相关敏感性疾病的变化及发展趋势特征。（4）热浪健康预警系统研究建立以热浪事件为代表的极端天气事件健康预警系统，对可能发生的热浪造成的人群健康影响进行预测。该预警系统将包括输入参数，输出结果及根据输出结果制定的分级响应措施三方面内容。3.气候-健康脆弱人群识别和风险区划（1）中国及典型地区健康-气候的时空型根据建立的监测样点气候数据，运用恰当的时空插值模型生成时空分布及不确定性，提取气象要素包括气温、降水、湿度、辐射、风速风向的时空型，异常天气包括厄尔尼诺、拉尼娜、南方涛动、热浪的时空型，气象灾害包括干旱、洪水、飓风、地震的时空型。（2）中国及典型地区的气候-传染病时空型根据建立的监测样点病媒和疾病数据，运用恰当的时空插值模型生成时空分布及不确定性 GIS，提取 病媒生物包括蚊、 蝇、鼠、微生物的时空型，气候敏感典型传染病时空型，症候群与病原谱的时空型。（3）受气候变化影响的脆弱人群的时空分布根据全国和典型区域若干期人口、经济、 环境资源普查和抽查资料， 获取与健康关联的数据，包括人口特征：人口年龄结构、性别结构、出生 /死亡率、种族特点等；交通旅游：全球/国内/区域内交通网络、旅游、迁徙； 经济发展：城市化、土地利用、收入差异；主体功能区划；计划免疫和疾病控制的时空差异。（4）气候-健康敏感区域识别和健康负担区划基于气候-健康区划原理、地理空间转换机理、气候-健康区域风险评估和敏感区域识别、区域健康边际负 担模型和区划，准确 识别 和估算气候-健康的脆弱人群、敏感区域和健康负担。4.从多个维度建立气候敏感疾病的响应和适应机制，并对响应和适应机制进行验证和评估。1. 建立气候-健康信息共享平台。本课题将会产生的大量科研数据。然而，由于科研项目数据分散管理及管理技术的落后，同时，这些宝贵数据还没有建立归口管理机制，也无法进行整合利用。课题 将依托中国疾控中心 IT 基础环境，建 设动态决策支持可视化平台，实现多源数据资源的统一采集；实现数据的管理、整合、加工、利用、发布和共享；实现数据查询和可视化表达， 实现满足客户化需求的 Web 应用功能，提供面向决策层、科研和业务人员的数据 统计、 查询和服务功能。2. 对选定地区进行气候-健康脆弱性综合评估根据历史资料和已掌握的知识，在全国范围内从沿海、内陆和高原地区分别选择极端天气事件（如热浪）和典型的气候敏感疾病（如登革热）频发的典型区域，开展我国不同地区的气候-健康脆弱性综合评估,主要包括暴露度、敏感度和适应能力三方面。暴露度的主要指标有暴露的强度、 时间 、频率等；敏感度的主要指标有脆弱人群特征及分布、地形地貌、区域规划等；适 应能力的主要指标包括民众对气候变化及其对健康影响的认知水平和态度，当地应对气候变化及其对健康影响的政策和指南、当地相关机构和组织对应对气候变化及其对健康影响的意见和建议、医疗卫生资源状况等。然后计算气候-人 类健康脆弱性指数， 导入决策支持系统， 为应对气候变化的策略和措施提高决策依据。本课题中，气候变化指标的选择遵循以下原则：（1）外部指标：气象因素（温度、湿度等）暴露的强度，时间、 频率等参数。 （可补充其它考虑到的重要因素）（2）内部因素内部因素按照城市和人口分为以下指标：城市:敏感指标(地形，规划 等.)和适应能力(社会、医疗资源);人口:敏感指标(敏感人群特征)和适应能力（认知程度等）。上述研究地区还将根据课题一、二和三的结果进行调整或补充。3.建立气候-健康动态决策支持系统将气候-健康脆弱性综合评估的结果导入气候-健康动态决策支持系统，评估灾害等级， 输出敏感疾病危 险度（疾病暴发风险和疾病负担）的地理区划，结合事先选定区域和建立的专家数据库，根据需要做出响应的时间差异，采用名义群体法进行响应机制启动前的早期风险评估，通过风险评估模块对选定区域热浪（登革热）发生的健康风险进行确认或修订；采用决策型德尔菲法进行响应机制执行临近结束时的风险评估，参照响应机制执行的不确定性和后续暴发的可能性，确定响应机制停止的具体时间。在综合评估的各个阶段，根据人口学资料和经济、医疗卫生等社会资源，做出 资源的最优化配置方案（比如资源运输总量，途径及最佳时机）。在建立未来不同 时间尺度气候因子对人体健康的影响及应对模型的基础上，引入 RCP 和 SSP（社会经济发展模型）情景模拟。使之能够输出敏感疾病暴发的风险和疾病负担以及人口经济发展、资源量等相关参数，结合气候-健康脆弱性指数，为后续的专 家决策提供足够的数据参数。4.建立气候敏感疾病响应和适应机制在选定的研究区域，使用决策支持系统并结合专家意见，从以下四个维度：(1)长 期适应计 划