温度、湿度、降雨和日照等气候对人类健康有一定的影响，在传染病研究领域中，气候对人群死亡率和发病率的影响是目前国内外研究的重点和热点^[1]。猩红热是由A组β溶血性链球菌引起的急性呼吸道传染病^[2-3]，可能与流行菌型、毒力及耐药性变化有关^[4]，通常也与气象因素密切关联。本文收集黑龙江省2010~2020年猩红热月发病数据以及同期气温、气压等气象资料，应用广义相加模型分析气象因素与猩红热发病之间的关联程度，为有针对性地采取预防和控制对策提供依据。

猩红热发病数据来源于“中国疾病预防控制信息系统”黑龙江省地区，按日期汇总月发病人数。

气象资料来源于黑龙江省气象局观测站，收集的气象资料包括2010~2020年逐月的气象指标，包括月平均气温(℃)、月平均气压(hPa)、月平均相对湿度(%)、月降水量(mm)、月日照时数(h)、月平均风速(m/s)。

时间序列的广义相加模型回归模型，本研究中猩红热病例呈高度散发状态，选择Possion分布作为概率分布，调整长期趋势和滞后期的影响，将气象因素引入模型，模型如下:

其中为Yt观察月的发病数；E(Yt)为t观察月发病数的期望值；β₀为截距项；X_i为对应变量产生影响的解释变量；β_i为解释变量的系数；S为非参数平滑样条函数；t为长期趋势。采用R软件进行统计分析，采用描述性分析猩红热的发病情况与气象因素概况，变量采用中位数和四分位数表示。本研究中非参数函数的形式选用平滑样条函数，检验水准a=0.05。

黑龙江省2010~2020年共监测猩红热病例34 694例，月均发病数为263例，月发病数最少为1例，最多为1 170例，全年均有发病而且呈现出较为典型的双峰型特征，以春季的4~5月份和冬季的11~12月份为主(见图 1)。日均气温为3.2 ℃，最低气温零下22.5 ℃，最高气温23.4 ℃，平均湿度为67.3%(见表 1)，每月平均气温和湿度、雨量存在夏季较高，冬季则月平均气压较高(见图 2)。

图 1(Figure 1)

图 1 2010~2020年黑龙江省猩红热月发病人数季节性趋势图 Figure 1 Seasonal trend of scarlet fever incidence in Heilongjiang Province from 2010 to 2020

表1(Table 1)

表 1 黑龙江省猩红热发病数及气象因素的描述性统计量 Table 1 Descriptive statistics of scarlet fever incidence number and meteorological factors in Heilongjiang Province 变量 均数 最小值 四分之一 分数 中位数 四分之三 分数 最大值 月发病数 263 1 127 225 346 1 170 月平均气压/hPa 990.0 978.6 983.6 990.2 996.0 1 003.0 月平均气温/℃ 3.2 -22.5 -11.6 5.5 16.2 23.4 月平均相对湿度/% 67.3 44.3 61.6 67.5 73.6 87.0 月降水量/mm 50.5 0.3 9.4 25.9 82.3 226.2 月日照时数/h 208.1 107.5 178.4 212.5 236.3 353.7 月平均风速/(m·s-1) 2.5 1.5 2.2 2.5 2.8 3.7

表 1 黑龙江省猩红热发病数及气象因素的描述性统计量 Table 1 Descriptive statistics of scarlet fever incidence number and meteorological factors in Heilongjiang Province

图 2(Figure 2)

图 2 2010~2020年黑龙江省气象因素季节性趋势图 Figure 2 Seasonal trend of meteorological factors in Heilongjiang Province from 2010 to 2020

月平均气温与月平均气压之间、月平均气温与月降水量之间、月平均气压与月降水量之间、存在较强的相关性(|r|>0.8)。气温对猩红热的影响更具有代表性。因此，为避免多重共线性，在后续的建模过程中不纳入月平均气温、月降水量。将月平均气压、月平均相对湿度、月日照时数和月平均风速纳入模型(见表 2)。

表2(Table 2)

表 2 2010~2020年黑龙江省气象因素的Spearman相关系数矩阵 Table 2 Spearman correlation coefficient matrix of meteorological factors in Heilongjiang Province from 2010 to 2020 指标 月发病数 月平均气压 月平均气温 月平均相对湿度 月降水量 月日照时数 月平均气压/hPa -0.058 月平均气温/℃ 0.022 -0.87* 月平均相对湿度/% 0.023 -0.22* 0.36* 月降水量/mm 0.039 -0.84* 0.88* 0.53* 月日照时数/h -0.27* -0.51* 0.53* -0.26* 0.25* 月平均风速/(m·s-1) -0.13 -0.12* -0.10* -0.74* -0.10* 0.27* 注：表中*代表P < 0.05.

表 2 2010~2020年黑龙江省气象因素的Spearman相关系数矩阵 Table 2 Spearman correlation coefficient matrix of meteorological factors in Heilongjiang Province from 2010 to 2020

猩红热发病与气象因素的广义相加模型结果显示，月平均气压、月平均相对湿度、月日照时数和月平均风速的P值均小于0.05，表明具有统计学意义。同时，四个气象因素的RR值均小于1，呈负相关，即发病数随气象因素的升高而降低(见表 3)。

表3(Table 3)

表 3 黑龙江省猩红热发病与气象因素的广义相加模型 Table 3 Generalized additive model of scarlet fever incidence and meteorological factors in Heilongjiang Province 因素 β SE Z P RR 95%CI Low High 月平均气压/hPa -0.046 20 0.001 740 -26.60 < 0.05 0.955 0 0.952 0 0.958 0 月平均相对湿度/% -0.032 90 0.001 740 -18.97 < 0.05 0.968 0 0.964 0 0.971 0 月日照时数/h -0.009 34 0.000 235 -39.82 < 0.05 0.990 7 0.990 2 0.991 2 月平均风速/(m·s-1) -0.510 00 0.033 100 -15.42 < 0.05 0.600 0 0.563 0 0.641 0

表 3 黑龙江省猩红热发病与气象因素的广义相加模型 Table 3 Generalized additive model of scarlet fever incidence and meteorological factors in Heilongjiang Province

气象因素是影响人类健康和疾病的重要因素之一，流行病学研究长期以来一直认为，气象因素特别是温度，湿度和风，可影响传染病的发病率^[5]。近期各地也开展了气象因素与传染病发病之间关系的研究，虽然研究方法不同，但结果都表明，包括猩红热在内的传染病的发病与气象因素有着密切的关系^[6]。

广义相加模型通过平滑函数拟合时间趋势项，已在传染病领域(如手足口病等)中有所应用^[7]。本研究以广义相加模型为基本统计模型，应用基于时间序列的Possion回归定量评估黑龙江省气象因素对猩红热发病的影响。本研究结果显示，猩红热发病与月平均相对湿度、月日照时数、月平均风速、月平均气压均呈负相关且均具有统计学意义。

猩红热发病与月平均相对湿度呈负相关。黑龙江省的相对湿度其空间分布与降水量相似，其降水表现出明显的季风性特征，夏季受东南季东南季风的影响，降水充沛，冬季在干冷西风的影响下，干燥少雪。Aydogdu等^[8]人发现，每月室外细菌总数与平均相对湿度和平均降雨量呈负相关。相对湿度对于猩红热发病影响主要是基于影响空气气溶胶的状态。在空气湿度较高的情况下，液滴则更容易聚集在一起附着于水中从而脱离呼吸空气环境^[9]。猩红热发病与月日照时数呈负相关。黑龙江省夏季日照时数为全年最高季节，冬季是一年中最少的季节，春秋介于冬夏之间，春季大于秋季，这与猩红热在冬季发病高峰相符。链球菌在空气中的存活能力可能受到紫外线的影响，从而影响了猩红热这一疾病的发病。该结果与黎景雪的研究结果一致^[10]，但与北京市研究结果相反^[11]。本研究结果表明，猩红热发病与月平均风速呈负相关。既随着平均风速的下降，猩红热发病不断增加。这可能与黑龙江省冬季天气寒冷，户外活动减少，人们长期待在相对密闭的空间内，为猩红热的传播提供了条件。通风不畅也为空气中的细菌、病毒等病原体的生长繁殖创造了有利条件。但是也有不同的研究结果，有其他的研究中发现两者间的正向关联^[12]，也有陆剑云^[13]等学者，通过模型进行多因素拟合后发现，风速对猩红热发病无影响，这可能是不同地域气象因素差异所致。猩红热发病与月平均气压与呈负相关(RR=0.955)。气压在冬季高，夏季低，这与黑龙江猩红热的发病高峰不相符。但是也有研究表明，气压与人体健康关系较为密切。气压对人体的影响包括生理和心理两个方面，气压下降时，大气中氧分压、肺泡中氧分压以及动脉血氧饱和度都随之下降，导致人体发生一系列生理反应，如头晕、头痛、恶心、呕吐和乏力等症状。此外低气压还会影响人的心理变化，主要使人产生压抑感。心理和生理上的变化导致身体抵抗力下降，有利于病原体的传播^[14]。传染病的发病原因比较复杂，并非由气象因素单一引起，还与社会因素、病原学特点等因素密切相关^[15]。

猩红热发病与月平均相对湿度、月日照时数、月平均风速、月平均气压均呈负相关。本研究结果与其他研究有不同之处，这可能与分析方法不同有关，同时由于不同地区疾病的基线水平、卫生状况和防护水平等存在较大的差异，因此导致各地的研究结果不尽相同，不同地区和城市需要根据当地气象特征开展有针对性的研究。本研究采用GAM模型能较好地分析并解释气象因素与猩红热发病间的影响关系，为猩红热防控提供有意义的参考。