“疫情地图”背后的故事

文章来自微信公众号：我是科学家iScientist（ID：IamaScientist），作者：任超

因为新型冠状病毒 SARS-CoV-2引发的疫情，估计大家每日刷手机时都会查看一下“疫情地图”。从地图中大家可以直观地了解疫情空间分布、数量和高发区域等状况，从而评估自己所在区域可能存在的潜在风险。因需求不同，多家媒体、大学科研机构、国家相关部门等纷纷绘制和推出了不同形式的“疫情地图”。

全国新冠肺炎分布图（截至3月1日）  | 丁香医生

1854年伦敦霍乱地图

传染病学历史上就有利用“疫情地图”成功发现病源，并改变了公共卫生及城市设施的经典例子。现在让我们回到十九世纪维多利亚女王时代的英国伦敦，重温一下当年霍乱大流行事件。

当时的伦敦正处在工业革命和城市化的进程中，空气污染严重，生活污水和废物随处倾倒，街上终日弥漫着熏天臭气，城市整体卫生状况非常差[1-2]。如果不幸染上霍乱，病人都会有上吐下泻的症状，严重者会因过度脱水，引发休克和其他并发症，最终死亡[2]。当时欧洲多地频繁暴发霍乱，每次爆发都会夺取上万条生命。

霍乱传播最流行的主张是瘴气理论，即霍乱主要是由空气中有毒或污秽的气体所引起和扩散的，因此当时人出行时多掩口鼻[3-4]。1854年9月，伦敦霍乱爆发，政府采取的措施也仅仅是清扫粪便，将污水直接倒入泰晤士河[3]。

一位名叫约翰·斯诺（John Snow）的英国麻醉医生，在助理牧师亨利·怀特海德（Henry Whitehead）协助下普查了苏荷（Soho）区附近的居民死亡与城市设施，以黑色横线标明霍乱死亡的数量的地点，绘制出死亡地图[5-6]。

Soho区的霍乱分布图与John Snow医生 | slideshare.net

地图上显示出，宽街（Broad Street）附近的死亡病例都围着这该街唯一水泵，而临街因为酒厂工人大多饮用免费的啤酒而没什么死亡。霍乱死亡病例多少及分布都与距离污染水泵的远近有关，由此确定了霍乱流行与透过受到污染水源传播[6]。

约翰·斯诺的这一观察发现使得英国逐步意识到清洁的供水和排水系统的重要性，也被视为流行病学的发端，因为他探寻了传染病的传播与空间关系，从而为后来确定霍乱干预措施起到了至关重要的作用[5,7]。至今还会在公共卫生、地理学，城市规划等课堂上作为经典案例来讲，因为它不仅仅是改变了城市卫生系统，更重要的是利用图示的方法揭示了数据背后的环境问题，从而从根本上找到病源和病因，并应用在城市疾病管理，对城市规划和发展影响深远[5,7]。

城市气候环境图

流行病的疫情状态是紧急而短期的，但是大众的健康状况还会长期受到所在地区的气候和环境因素影响。气候变化直接或间接改变了自然环境和气候状况，进而影响了一些决定健康的基本因素（包括温度、湿度、空气、水和食物以及不同疾病的传播模式），甚者导致一些流行病的潜在扩大，从而威胁人类健康[2, 8]。

例如：持续的高温酷暑会影响市民睡眠质量，引发户外工作者的中暑甚至死亡，诱发慢性病的恶化；暖冬和降雨的增加可能会引发蚊虫的滋生，从而增加蚊媒病毒传播和感染风险，常见的有：登革热、日本脑炎、黄热病等。

持续的高温酷暑容易引发户外工作者的中暑 | bbaqw.com

目前有超过一半的人口居住在城市里，因为城镇化和工业化使得城市环境主要为人工环境代替了自然植被环境，也衍生了一系列城市环境问题和特点[9]。特别是随着城镇居民人均寿民的增长，很多时候会存在与慢性病共存的状态。如何确保城市居民生活质量，在城市规划中评估城市气候与环境，达至宜居舒适？是城市管理者和规划师所面临的挑战。

早在二战结束后，德国率先开展了加强地理科学的图示化研究与规划应用方面的探索。1970年代，巴伐利亚州（Federal State of Bavaria）斯图加特市、奥斯堡、慕尼黑和纽伦堡等地相继开展了城市气候环境学的研究，希望进一步了解建成区和绿地对当地城市气候和空气质量的影响。综合地形地貌信息、航测图、热成像图、土地利用信息以及都市通风廊道等研究成果，研究者绘制出了城市环境气候图[9-10]。

城市环境气候图构成

在城市气候分析图的制作过程中，一般包含三方面的分析。第一是针对热环境的分析，主要分析城市热岛效应以及城市居民舒适度分区。第二是针对城市风环境的分析，概括地绘制出当地空气交换、循环及风流动的模式（例如：Channeling Wind，风通道），海陆风，山谷风，以及当地盛行风向等）及阻挡风流通的建筑物或工厂等。第三是确定空气污染区域，特别需要表示出人为污染源和受污染影响不同程度的区域[9-10]。

通过对以上三方面的分析，了解城市热环境、空气流通以及空气污染分布状况，分析现存城市气候状况，探测问题区域和潜力气候环境资源分布。目前在世界上已有二十多个国家超过五十多个城市开展了城市环境气候图及其相关研究[10]。

2003年和2006年欧洲热浪事件后，更多的欧洲国家纷纷在城市环境气候图框架之上开始加强与气候变化相关联的空间规划研究。例如，在法国从2008年开始，一个名为EPICEA的研究项目针对巴黎的气候变化影响开展涉及多学科的研究，以图示的方式分析2003年巴黎的热浪事件。其中巴黎死亡过量的数据结合环境要素包括覆盖面，屋顶材料、建成区、绿地、和水面均被考虑，并绘制成基本分析图层。从2000年开始在亚洲高密度城市，如：东京、大阪、名古屋、新加坡、胡志市、香港、澳门、高雄等地也于相继开展了该方面的研究[10]。

香港的城市环境气候图案例

香港城市环境气候图的研究和实施源于2003年SARS，香港政府决心改善城市环境，特别是提升居住品质，因此第一步就需要全面了解城市环境和气候状况。

从2006年开始，研究人员和规划部门以及香港天文台气象人员协力绘制城市环境气候图[10]。香港城市形态复杂且土地混用，所以在制作时，除了土地利用信息、地形地貌信息、植被信息以及风环境信息，更纳入详细精准的城市形态信息，如：建筑楼宇、群房、街道和室外公共空间等信息被用来计算高密度城市的地表粗糙度和市区热容量。同时，针对亚热带城市气候状况，开展了定点现场实地城市气候测量研究、市民热舒适度问卷调查、电脑数值模型模拟研究以及风洞试验。

通过这些研究，对于香港高密度城市气候环境的理解得到进一步深化和校准，更好的了解到高密度都市形态与气候环境的之间的相互作用与联系。另外，香港城市环境气候图也采用人体生理等效温度（Physiological Equivalent Temperature, 即PET）来评估城市居民舒适度的状况和分布[10]。透过该图，政府决策者和规划师可以直观地了解香港夏季的城市气候与环境的空间分布状况，也能标示出“城市气候敏感区域”可以开展有针对性的改善设计和城市管控[10]。

香港城市环境气候图 | 参考资料[10]

基于城市环境气候图，研究者们还绘制出了高解析度的香港城市污染PM10浓度分布地图[11]和夏季高温分布地图[12]，从而便于大众了解健康暴露风险，以及政府开展干预措施的实施，譬如：巴士站的分布管控、社区中心在高温热浪之下的开放设置等。

香港PM10浓度分布地图 | 参考资料[11]

香港高温日间和夜间分布地图 | 参考资料[12]

疫情地图引发的思考

从上面的例子可以看出，每个地图绘制背后都有其不同的出发点和需要达到的目的。制作地图的过程其实是对现实三维世界信息的提取和凝练，再以二维图示的方法结合地理空间信息，并通过制图综合和概括，利用数学基础、符号系统、文字注解等手段绘制出来， 达到直观、形象、易读的视觉效果特点。

制作地图的过程其实是对现实三维世界信息的提取和凝练 | Pixabay

地图初始是为了军事需要而制作的。随着地理大发现以及经济活动的兴盛，各种行业也开始产生对专题地图的需求。近期的“疫情地图”热，带来了数以亿计的点击率和浏览量，也从侧面反映出地图学作为疫情新闻信息的媒介的重要性，以及图示化信息的直观易懂性。疫情地图还被应用在不同的领域，比如人流和物流管控、社区隔离、城市疫情监察和预防控制等等。

截至2019年，我国拥有超过百万人口的城市数量达130个，随着城镇化的推进，未来也许还会有更多超大城市甚至是超大城市群的出现。大城市一方面给我们的生活带来便利和多样，但是另一方面对庞大的高密度人口、密集的居住环境、频繁的城际来往、拥堵的交通都使得城市问题趋于复杂化，管理城市也变得极具挑战。此次疫情也许会随着时间而被淡忘，但是城市风险管理确是不可以松懈。

此次疫情快速暴发和传播，以及目前的有力管控，都使得我们作为研究者不得不重新审视和重视多学科交叉融合，特别是如何开展公共卫生、环境科学、城市气候、城市规划和管理的跨学科研究，将相关数据与地理空间、时间的信息结合分析，从而在未来及时发现城市问题、避免更大的城市灾难发生，减低民众的伤亡，更好地进行风险与危机管理决策。

参考资料：

[1] 俞顺章 [著]灾难：突发公共卫生事件回顾, 上海:上海辞书出版社. 2005.01, 249pp.

[2] 王旭东, 孟庆龙 [著] 世界瘟疫史：疫病流行、应对措施及其对人类社会的影响，北京：中国社会科学出版社.2005.6, 278pp.

[3] Linda Nash, Inescapable Ecologies: A History of Environment, Disease, and Knowledge (2006) Berkeley: University of California Press, 2006. xiii + 332 pp.

[4] Suellen Hoy, Chasing Dirt: The American Pursuit of Cleanliness, Oxford University Press, 1996, pp. 104–13

[5]Steven Johnson, The Ghost Map: The Story of London’s Most Terrifying Epidemic- an How it Changed Science, Cities and the Modern World. 2007, Riverhead Books, Reprint

[6] John Snow. On the Mode of Communication of Cholera. 1849.

[7] Carol Buck. The Challenge of Epidemiology Issues and Selected Readings. Pan American Health Org. 1988: 417–. ISBN 978-92-75-11505-3.

[8] CDC. Climate Effects on Health, Third National Climate Assessment’s Health Chapter, (Accessed on 28 Feb 2020), https://www.cdc.gov/climateandhealth/effects/default.htm

[9] 任超, 吴恩融 (编著). 城市环境气候图 - 可持续城市规划辅助信息系统工具. 北京: 中国建筑工业出版社. 2012

[10] 任超, 吴恩融, & Katzschner, L. (2012). 城市环境气候图的发展及其应用现状. 应用气象学报, 23(5), 593-603.

[11] Shi, Y., Lau, K. K. L., & Ng, E. (2016). Developing street-level PM2.5 and PM10 land use regression models in high-density Hong Kong with urban morphological factors. Environmental Science and Technology, 50(15), 8178-8187.

[12] Shi, Y., Ren, C., Cai, M., Lau, K. K.-L., Lee, T.-C., et al. (2019). Assessing spatial variability of extreme hot weather conditions in Hong Kong: A land use regression approach. Environmental Research, 171, 403-415. doi: https://doi.org/10.1016/j.envres.2019.01.041

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