ПРИМЕНЕНИЕ БИОКЛИМАТИЧЕСКИХ ИНДЕКСОВ ХОЛОДОВОГО СТРЕССА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭПИДЕМИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ ПО ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ ГРИППОМ И ОРВИ

Климат – важнейший ресурс, определяющий здоровье человека и его качество жизни, развитие туристической отрасли, продовольственное обеспечение и экономическое развитие страны. В последнее время мы все являемся свидетелями глобальных климатических изменений экстремальность которых выражена частой и резкой сменой метеоэлементов, увеличением количества жарких или холодных дней, интенсивными осадками, увеличением засух, повторяемостью сильных ветров и тропических циклонов [4, с. 104].

Наиболее важными исследованиями являются биоклиматические оценки комфортности территорий. Для характеристик комфортности, широко применяются биоклиматические индексы: эффективных температур, холодового стресса, суровости и континентальности климата и др. [1, c. 158, 162]. С их помощью можно анализировать тенденции климатических изменений, необходимых для расчёта и прогноза агроэкологических рисков, эффективность медико-профилактических мероприятий, оценку рациональности использования ландшафтно-климатических условий для рекреации.

Одним из важнейших медико-профилактических мероприятий является обобщённая оценка воздействия метеорологических условий на здоровье человека. В России, климат регионов меняется от умеренного-континентального до резко-континентального и муссонного с выраженными контрастными изменениями метеоэлементов. Климатические характеристики регионов России определяют клинические проявления некоторых заболеваний и даже смертности, и часто приурочены к определенному сезону года. При этом приуроченность большинства заболеваний в основном инфекционных, наиболее выражена в холодное время года, пик заболеваемости людей некоторыми неинфекционные болезнями, например, заболеваниями ЖКТ, сердечно-сосудистой системы, так же наблюдается в холодные месяцы года [1, c. 93].

Данные литературы показывают, что большинство исследований посвящены биоклиматической оценке некоторых регионов России относительно их комфортности [2, 3]. Мы полагаем, что биоклиматические индексы можно использовать для анализа эпидемической ситуации конкретного региона России в разные сезоны года. Результаты таких исследований могут быть полезны при разработке медико-профилактических мероприятий с учётом климатической ситуации данного региона.

Материалы и методы исследования

Целью нашего исследования явилась оценка биоклиматического потенциала регионов России (на примере Центрального и Федерального округа) и возможность применения биоклиматических индексов холодового стресса для анализа эпидемической ситуации инфекционными заболеваниями, сезонность которых наиболее ярко выражена в холодное время года (на примере заболеваемостью гриппом и ОРВИ).

В связи с поставленной целью, в работе применялись следующие методы:

1. Описательная статистика данных среднемесячных показателей метеоэлементов: температуры, влажности, скорости ветра за период с 2010 по 2015 год в Центральном (ЦФО) и Дальневосточном (ДФО) федеральных округах за холодный период года (январь, февраль, март, октябрь, ноябрь, декабрь) [5, 8].
2. Оценка статистических данных по заболеваемости гриппом и ОРВИ в ЦФО и ДФО [6].
3. Корреляционный анализ данных метеоэлементов и заболеваемости гриппом и ОРВИ в ЦФО и ДФО
4. Оценка эпидемической ситуации по гриппу и ОРВИ в ЦФО и ДФО с помощью биоклиматических индексов холодового стресса и ЭЭТ
5. Комплексная оценка биоклиматического потенциала ЦФО и ДФО для здоровья человека

Анализ достоверности статистических данных и корреляций, проводился при заданном уровне значимости p<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение.

Результаты оценки данных среднемесячных значений метеоэлементов, показывают, что за пять лет с 2010 по 2015 гг, в холодный период года, климатические показатели метеоэлементов оставались относительно постоянными. Достоверно показано различие между температурой воздуха (t=- 9,6 p=0, 001) скоростью ветра (-14,9 p=0,001) и влажностью (t=8,2 p=0,001) в двух округах (табл. 1).

Таблица 1

Средние значения температуры, влажности скорости ветра за холодный период года в ЦФО и ДФО за период с 2010 по 2015 гг.

Климат Дальнего Востока отличается особой контрастностью: от арктического и субарктического на севере Якутии и Камчатки, в Магаданской области и Чукотке до муссонного на Сахалине, в Еврейской и частично Амурской областях, в Приморском и Хабаровском краях. На большей части Якутии и северо-западе Амурской области господствует резко континентальный климат, на Камчатке и Курильских островах — морской климат. Такие различия обусловлены огромной протяжённостью территории с севера на юг и с запада на восток. Наиболее существенные отличия Дальнего Востока от Сибири связаны с преобладанием в его пределах резко муссонного климата на юге и муссонообразного и морского на севере, что является результатом взаимодействия между Тихим океаном и сушей Северной Азии [7].

Самый холодный год в ДФО был 2012 , в этом году температура в январе составила -25,6°С, а средняя температура за холодный период года была на отметке -12,27°С. Климат центрального федерального округа умеренно-континентальный, самый холодный год был 2010, в этом году в январе средняя температура воздуха была на отметке -14,5° С, а средняя температура за холодный период года составила – 4,17°С.

В целом в последние годы отмечено повышение температуры в двух исследуемых округах, особенно это заметно в ЦФО. За последние пять лет, по данным среднемячных показателей за холодный период года, здесь потеплело на 3,7°С. Скорость ветра в ДФО в среднем составляет 7 м/с, а влажность на 10 – 15 % ниже, чем в ЦФО.

Количество заболевших достоверно больше в 2010 и 2011 годах (t=-5,6 p=0,002, t=-2,3 p=0,03), в остальные годы, статистика по заболеваемости гриппом и ОРВИ не особо различалась. В 2014 году количество заболевших в ЦФО превысило количество заболевших в ДФО на Δ-550 человек (график 1). В этот год, в ЦФО температура колебалась с января по декабрь от -9,5°С до -4,5°С, а показатели влажности от 88 до 91% . В ДФО среднемесячные значения температуры за холодный период года были в диапазоне значений от 22,6°С до 21,2°С, а влажности - 71 -79%. Статистически такое различие не достоверно, и мы полагаем, что подъём заболеваемости в ЦФО, мог быть вызван не только климатическими, но и другими причинами (прививки, витаминизация и т.д.)

В целом количество заболевших, в ДФО больше чем в ЦФО, что и естественно, так как климатические условия в ДФО значительно жёстче, чем в ЦФО.

Рисунок 1. Средние значения заболеваемости населения гриппом и ОРВИ в ЦФО и ДФО за период с 2010 по 2015 гг.

Было выявлено несколько значимых корреляций метеоэлементов с заболеваемостью в двух округах в 2014 и 2015 годах, в другие года найдены так же взаимосвязи погоды с заболеваемостью (табл. 2).

Таблица 2

Корреляции климатических показателей данных метеоэлементов и заболеваемости гриппом и ОРВИ в ЦФО и ДФО

Корреляции подтверждают сезонность инфекционных заболеваний, распространяющихся воздушно-капельным путем и их связь с погодой. Низкие температуры, высокая влажность воздуха, длительное устойчивое воздействие ветра, являются погодным фоном для эпидемий этих болезней в холодное время года. Еще одной причиной высокого подъема заболеваемости в холодное время года может быть холодовой стресс, при котором регуляторные системы организма человека испытывают наибольшее напряжение. Более высокую заболеваемость гриппом и ОРВИ в ДФО можно объяснить резкими контрастными изменениями метеоэлементов в ДФО.

Для оценки комфортности условий погоды на человека и анализа эпидемической ситуации по гриппу и ОРВИ мы использовали биоклиматические индексы холодового стресса и ЭЭТ.

Индекс сухого ветрового охлаждения по Хиллу Hd (Вт/м²) показывает теплоощущения человека, при температуре воздуха с учётом ветра и рассчитывался по следующей формуле:

                                  (1)

По индексу Hd, теплоощущение оценивается согласно следующей градации:

< 0,35 – жарко; 0,35-0,6 – тепло; 0,6-0,9 – комфортно; 0,9-1,7 – прохладно; 1,7-2,3 – холодно; более 2,3 – экстремально холодно. При значениях Н более 0,7 (Вт/м²) возможны случаи обморожения.

Индекс влажностного ветрового охлаждения по Хиллу (Вт/2):

            (2)

При Н_w = 4, 5 – 5, 5 вт/м² погодные условия считаются дискомфортными,

при Н_w ˃8,0 вт/м² - абсолютно дискомфортными

Одним из наиболее известных индексов, предназначенных для оценки суровости зимних условий, является индекс Бодмана (S), показывающий суровость зимней погоды в условных единицах по шкале баллов «жёсткости»

                                               (3)

Градации суровости зимней погоды: менее 1 - несуровая, мягкая; 1 – 2 мало-суровая; 2 – 3 - умеренно-суровая; 3 – 4 - Суровая; 4 – 5- Очень суровая; 5 – 6 - жестко-суровая; более 6 - крайне-суровая.

В подвижном воздухе (при V>0,2 м/с) интенсивность теплоотдачи усиливается. Поэтому для полной оценки воздействия метеоэлементов на человека целесообразно использовать биоклиматический показатель эквивалентно-эффективной температуры (ЭЭТ), представляющий собой сочетание метеорологических величин, производящих тот же тепловой эффект, что и неподвижный воздух при 100 % относительной влажности и определенной температуре и оценивает теплоощущения обнаженного по пояс человека. Величина ЭЭТ рассчитывалась по формуле А. Миссенарда.

               (4)

Данный показатель наиболее хорошо отражает влияние климатических условий на состояние организма человека, и его можно использовать для оценки, как холодного, так и теплого сезонов года. Изменение ряда физиологических функций организма идет параллельно с изменением значений эквивалентно-эффективной температуры ЭЭТ [4, с. 107].

Для комплексной оценки комфортности территории и эпидемической ситуации в ЦФО и ДФО, были рассчитаны средние значения индексов холодового стресса и ЭЭТ (табл. 3,4)

Таблица 3

Средние значения биоклиматических индексов холодового стресса и ЭЭТ по центральному федеральному округу

Таблица 4

Средние значения биоклиматических индексов холодового стресса и ЭЭТ по дальневосточному федеральному округу

Анализ полученных результатов показывает, что в ЦФО индекс сухого ветрового охлаждения по Хиллу составляет в среднем 0,9 (Вт/м²), что соответствует градации – комфортно. В 2010 году, индекс составлял 1,3 (Вт/м²) - прохладно.

Индекс влажного охлаждения составляет среднем 5,5 (Вт/м²),  что соответствует дискомфортным условиям. В ЦФО такая величина, скорее всего, связана с высокой относительной влажностью воздуха.

В ДФО индекс сухого охлаждения составляет 1, 3 (Вт/м²) - прохладно, а влажного - 6, 9 (Вт/м²) - дискомфортно. Значения влажного индекса выше, чем в ЦФО на 1,4 и скорее всего, обусловлено влиянием сильных ветров. В отдельных регионах ДФО показатели индекса влажного охлаждения могут значительно выше, что связано с циклоническим погоды и влияниям муссонов.

Индекс жёсткости погоды в среднем составил 1,5 балла в ЦФО и 1,7 балла в ДФО, что соответствует мало-суровой погоде.

По показателям индексов холодового стресса, условия погоды в двух округах можно назвать «прохладными», в некоторые месяцы «холодными», а зимний период мало-суровый.

Сильные отличия обнаружены по показателям ЭЭТ. В ЦФО наиболее низкие значения были в 2010 (-4, 48) и в 2015 (- 5,37) годах, что согласно градации соответствует значениям: умеренно-прохладно.

 В ДФО самый низкий показатель был в 2012 году (-34, 46), для человека это опасно угрозой обморожения, в этом году температура в январе была на отметке -25, 6°С, а ЭЭТ для января месяца составила – -53. В этом же году самым тёплым месяцем за холодный период года был октябрь, температура воздуха в октябре составляла – 6,5°С, а ЭЭТ -8, что соответствует градации умеренно-холодно.

Результаты нашего исследования позволили сделать нам следующие выводы:

• За последние пять лет наблюдаются тенденции к потеплению климата, что подтверждается нашими результатами и данными общей мировой статистики. Особенно сильно потепление выражено в ЦФО.
• Заболеваемость гриппом и ОРВИ, наиболее выражена в холодное время года, и обусловлена определенным сочетанием метеоэлементов: низкой температурой воздуха, ветром и высокой влажностью. В ЦФО она ниже, т.к. амплитуда колебаний метеоэлементов незначительная, в ДФО – колебания метеоэлементво контрастные с активным образованием циклонов с резко выраженными атмосферными фронтами и восходящими потоками воздуха, что создает дискомфортные условия с угрозой обморожения.
• Для здоровья человека, биоклиматический потенциал ЦФО можно назвать – удовлетворительным. Климат ДФО для проживания – менее удовлетворительным. В настоящее время заболеваемость и связанное с ним качество здоровья определяется не столько влиянием климата, сколько региональными мероприятиями по профилактике заболеваний в конкретных климатических условиях.

Список литературы:

1. Исаев А.А. Экологическая климатология. Учебное пособие для географ. гидромет. экол.спец. вузов и колледжей. 2-е изд. – М.: Научный мир, 2003.-472 с.
2. Исаева М.В., Переведенцев Ю.П. Особенности биоклиматических условий приволжского федерального округа // Метеорология и климатология. 2010.- С. 1-11
3. Невидимова О.Г., Янкович Е.П. Оценка биоклиматических ресурсов центральной и южной частей западной Сибири // Научный журнал КубГАУ. 2015. - №109 (05). – С. 1-11
4. Переведенцев Ю.П. Оценка влияния климата на здоровье человека в засушливых условиях юго-западного Ирана // Вестник удмуртского университета. 2015.- Т. 25. вып. 1. – С.104- 113
5. Гидрометцентр России. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. –URL: http://meteoinfo.ru/archive-pogoda/russia/moscow (дата обращения 17.01.2017)
6. НИИ Гриппа. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. - URL:http://www.influenza.spb.ru/system/epidemiological_situation/situation_on_a_flu?year=2010&week=52 )дата обращения 06.03.2017).
7. Свободная энциклопедия Википедия. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. –URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Дальний_Восток ( дата обращения 19.04.2017)
8. Статистика погоды в городах России. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. - URL: http://www.atlas-yakutia.ru (дата обращения 15.02.2017)