气候变化将如何影响非洲的疟疾传播

21世纪以来，非洲疟疾负担先下降15年，后十年进展停滞。在新防控工具带来希望的同时，资金不确定性和生物威胁加剧等挑战也随之而来。气候变化对疟疾防控进展及本世纪中叶根除目标的威胁程度，成为当前关键问题。
气候与疟疾的关联已获广泛认可，研究也阐明了多种因果路径并试图预测未来影响，这些研究虽已渗透到疟疾政策制定中，但对气候变化影响的方向、规模和地理分布仍缺乏共识，阻碍了详细应对策略的制定。
气候通过多种机制影响疟疾媒介和寄生虫生态，如环境温度对按蚊寿命、吸血频率等生活史特征的影响，疟原虫体外潜伏期的长短，以及这些因素对媒介能力和传播强度的综合作用。近期研究还针对非洲最重要的疟蚊（冈比亚按蚊复合体）和入侵物种斯蒂芬按蚊进行了针对性分析，另有研究关注气候如何通过影响幼虫栖息地及其适宜性来改变成蚊数量。
随着对气候影响疟疾传播生态的理解加深，许多研究基于未来气候情景推断这些机制以预测疟疾的响应。部分研究仅纳入温度影响， others则使用更全面的经验或机制模型捕捉温、雨、湿度对蚊幼虫和成蚊阶段的影响，最常见的是预测传播的地理或季节边界变化。但世界上许多地区虽适合传播却无疟疾，且现有边界内传播强度差异可达数个数量级，因此仅了解边界变化无法全面掌握气候变化对疟疾的影响。
也有研究尝试用机制模型从绝对数值上预测气候变化对传播的影响，但这些模型再现历史流行率或非洲疟疾感染率模式的能力有限，其预测未来变化的可靠性存疑。
几乎所有现有预测都有一个核心局限：虽单独探讨气候影响，却未充分考虑疟疾趋势的非气候决定因素。20世纪90年代抗药性上升导致多地疟疾增加，2000-2015年有效干预措施的大规模推广使非洲平均感染率几乎减半（尽管不均衡），加上快速城市化和社会经济发展，重塑了现代疟疾风险格局，独立于气候趋势驱动长期变化，导致相同气候条件下疟疾传播水平可能截然不同。不考虑这些因素，就无法准确评估气候及气候变化在塑造未来疟疾风险中的作用。
建成环境和疟疾防控措施不仅独立于气候调节传播，还为天气和气候影响疟疾提供了额外途径。洪水、飓风等极端天气破坏房屋和基础设施，扰乱医疗服务、防护住房和疟疾防控的获取。非洲和亚洲近期极端天气事件引发的疟疾激增已有大量记录，包括对疟疾防控中断影响的因果研究，即使在大规模紧急干预后亦是如此。非洲气候变化预计将导致洪水更频繁严重，南印度洋飓风更强烈。尽管局部研究关注了媒介传播疾病与极端天气，但以往气候-疟疾研究几乎只关注生态机制，尚未定量评估极端天气事件加剧对非洲疟疾及其他媒介传播疾病防控的破坏作用。
本研究综合评估了气候变化的生态和破坏效应对非洲疟疾的潜在影响。关键在于，基于25年疟疾感染率、干预覆盖率和社会经济状况的综合数据，在其他关键疟疾风险决定因素的背景下，首先描述气候-疟疾关系。
生态驱动的疟疾影响评估：首先使用机制模型将处理后的气候数据转化为两个代表气候-疟疾界面的指数——温度对蚊子和寄生虫生命周期及其相互作用的影响，以及降雨、湿度和温度相互作用以确定蚊子产卵和幼虫发育的暂时性幼虫栖息地的相对可用性。利用月度解析的GCM输出，能够适当反映季节、年际和年代际气候变化制度的传播。与以往仅关注温度影响的季节性模型不同，这种方法通过时间变化的温度、降水和湿度条件的交叉来表征季节性。其次，在训练数据的观测记录期（2000-2022年），将这两个气候指数与蚊子相对物种丰度、永久性幼虫栖息地可用性、媒介控制覆盖率的地理时间估计、季节性疟疾化学预防（SMC）、抗疟药物治疗和改善住房等网格化数据一起，作为地理时间预测变量，纳入一个分层贝叶斯地理时间模型，该模型拟合了由疟疾地图集项目在非洲收集的49,994个地理定位的疟疾感染率观测值（恶性疟原虫寄生虫率（PfPR）：2-10岁儿童的年龄和诊断标准化寄生虫血症率，以下简称PfPR2-10）。该框架扩展了已建立的方法，经验估计了每个预测变量（包括它们的相互作用）对疟疾传播的相对和绝对影响。第三，将疟疾控制覆盖率和社会经济指标保持在当前水平，使用拟合模型为每个气候集合成员生成2024至2050年的SSP 2-4.5情景和反事实情景（即预测当前条件下无未来气候变化）的PfPR2-10，然后通过差异生成气候变化影响的估计。
破坏驱动的疟疾影响评估：首先使用统计模型模拟撒哈拉以南非洲符合过去观测和GCM预测未来气候的洪水和飓风事件的合理情景，这些模型根据历史事件进行校准和验证。对于河流和暴雨洪水，将观测到的洪水事件的频率、持续时间和范围与一系列气候变量相关联，生成在反事实（无未来气候变化）和SSP 2-4.5条件下到2050年的模拟未来洪水事件的地理时间目录。同样，使用最近更新的风暴模型的方法和数据集，描述气候变量与过去印度洋飓风强度和路径形态之间的统计关系，然后进行预测，生成到2050年的SSP 2-4.5和反事实事件目录。
尽管有证据表明极端天气事件与包括疟疾在内的媒介传播疾病之间存在联系，但影响几乎从未被直接测量。研究收集了疟疾流行地区过去极端天气事件的定性和定量记录，详细记录了所经历的破坏和干扰的类型及程度，并辅以34次利益相关者访谈的见解，捕捉了疟疾在当地影响的第一手资料，包括人道主义响应机构、国家疟疾规划和全球卫生机构的代表。这种混合方法确定了极端天气事件影响疟疾的四个主要途径：破坏或干扰（1）改善住房、（2）室内媒介控制工具、（3）抗疟治疗获取的保护作用，或（4）洪水导致的按蚊幼虫栖息地可用性变化。对于（1）-（3），利用汇编的证据定义了按事件类型、持续时间和强度划分的合理干扰水平——区分即时后果的急性干扰和恢复到事件前条件之前的持续干扰期。为反映这些干扰参数的内在变异性和不确定性，还生成了中心共识值50%至150%的范围。考虑到观测数据的稀缺性无法对这些干扰参数的变化进行更正式的量化，因此广泛的不确定性范围被认为是适当的。这些不确定性范围被传播到所有下游建模步骤和最终结果中。通过将干扰参数与模拟的极端事件相结合，生成了媒介控制覆盖率、抗疟药物治疗和改善住房的地理时间数据层的修改版本，其中纳入了到2050年SSP 2-4.5和反事实情景下的干扰。幼虫栖息地影响由前面描述的栖息地适宜性模型捕捉。然后使用拟合的分层贝叶斯地理时间模型重新预测具有这些破坏影响的PfPR2-10，无论是单独的还是与生态影响相结合的，然后与无未来气候变化的反事实情景进行差异比较。破坏参数范围的不确定性与GCM模型集合传播相结合，以得出总体预测范围。所有PfPR2-10的预测都使用已建立的自然史模型和与SSP 2-4.5一致的网格化未来人口预测转换为疟疾临床发病率估计。死亡率预测来自预测的未治疗病例和世界卫生组织对未治疗病例死亡率的估计。
结果显示，单独考虑气候变化对疟疾传播的生态驱动影响，到2050年在SSP 2-4.5情景下非洲总体变化最小，与无未来气候变化的反事实相比，生态影响导致的非洲大陆人口加权平均PfPR2-10百分比点增加仅为0.12%（14个模型集合范围：-0.03%至0.33%）。但这种大陆聚合掩盖了广泛的地理差异，预测局部和区域影响更大。SSP 2-4.5情景下的变暖将增加当前低温限制传播的地区的疟疾风险：南部非洲低纬度地带（包括安哥拉、赞比亚和刚果民主共和国南部）以及埃塞俄比亚、肯尼亚、卢旺达、布隆迪和刚果民主共和国东部的高地地区。相反，萨赫勒地区的变暖将导致传播减少，因为温度制度将越来越超过按蚊生存的最佳范围。温度适宜性变化而非幼虫栖息地可用性变化被确定为主要生态机制，部分原因是GCM集合对降雨预测的分歧大于对温度的分歧。
模拟的洪水事件目录反映了气候变化导致非洲洪水净增加，2040年代SSP 2-4.5情景下的淹没面积天数比当前条件多13%（集合范围9-17%）。预测印度洋飓风在SSP 2-4.5情景下与当前条件相比严重程度发生变化，1-4级事件减少，但5级事件更频繁。尽管集合范围反映了相当大的不确定性，但预测与当前共识一致，反映了大气 moisture输送增加和水循环加剧的预期。预测在SSP 2-4.5情景下，若不采取缓解措施，2040年代极端天气事件加剧的破坏影响可能导致非洲疟疾流行地区24%的土地面积PfPR2-10增加，主要与主要河流系统和东南部非洲易受飓风影响的沿海地区相关。
2040年代气候变化对PfPR2-10的综合生态和破坏影响显示，在乌干达、刚果民主共和国东部、赞比亚和安哥拉等多个地区，生态和破坏效应相互叠加，生态驱动的潜在传播增加因更频繁的极端天气事件而加剧，进一步暴露了这些脆弱人群。同时，萨赫勒地区的洪泛区，生态适宜性的预测下降被更频繁和严重的洪水所抵消，例如马里的尼日尔河和南苏丹的尼罗河沿岸。综合来看，预测在2040年代SSP 2-4.5情景下，生态和破坏影响将导致非洲67%的人口面临疟疾传播增加，约7300万人面临PfPR2-10增加超过2个百分点。
未来25年，气候变化通过综合生态和破坏影响，在SSP 2-4.5情景下可能导致非洲新增1.23亿疟疾临床病例（预测范围4950万-2.03亿）。到2040年代，这相当于病例发病率比无未来气候变化的反事实增加0.4-2.6%。更频繁和严重的极端天气事件的破坏影响占病例发病率预计增长的79%（预测范围50-94%），是生态驱动影响（21%，6-50%）的三倍多。在破坏驱动的病例发病率影响中，获得疟疾治疗机会减少是最大组成部分（占总数的37.8%，集合范围34.2-41.3%），其次是住房损坏（23.4%，集合范围21.3-27.1%）和媒介控制中断（14.9%，集合范围14.6-15.5%）。假设当前未治疗病例死亡率，病例发病率和治疗率的预测变化将在同一时期导致53.2万（19.5万-91.2万）额外疟疾死亡，与2040年代的反事实相比，年死亡率相对增加0.9-5.4%。
许多先前的研究重点是识别气候变化驱动的传播适宜性边界变化。但本研究预测，绝大多数新增病例将发生在已经适合传播的环境中，2040年代仅有0.05%（3.3万病例，三个GCM集合范围2万-5.1万，0.03-0.07%）的新增病例发生在当前适宜性限制之外的地区。
本分析考察了气候变化的生态和破坏影响对非洲疟疾传播和负担的潜在威胁，并在将气候机制置于其他调节疟疾风险的关键因素背景下，从绝对数值上量化了这些影响的合理规模。尽管对传播的预测影响表面上不大，但研究表明，当转化为未来几十年的临床发病率和死亡影响时，气候变化的影响变得显著，未来25年可能导致数亿新增病例和数十万新增死亡。在加速减轻负担和根除的计划背景下，这种气候影响将产生重要后果，需要多部门政策应对。
在生态驱动的气候影响分析中，研究采用了当前最先进的主要生物物理机制理解，并独特地使用详细的历史疟疾、干预和更广泛的背景数据来估计这些机制对实际疟疾传播的绝对贡献。还表明，仅关注传播边界变化忽略了非洲约99%可能的气候影响，这些影响发生在已经存在传播的地区。
与生态影响分析不同，破坏驱动影响的建模在文献中几乎没有先例可借鉴或比较，数据的缺乏使得必须采用更启发式的方法来量化可能的影响。尽管如此，通过汇编定量和定性证据，包括目睹和应对非洲极端天气事件的人员的第一手资料，研究确定了影响机制和合理规模，并适当表示了不确定性，可能反映了现实世界的经验。通过将这些影响与符合GCM预测的模拟未来事件相结合，系统探讨了与气候变化相关的极端天气事件恶化对疟疾的影响，发现这些破坏影响约为生态驱动影响的三倍。
本分析应结合其设计、假设和局限性进行解释：（1）结果反映了跨十年时间跨度的多模型集合平均值，平衡了减少人为的模型间和年际变化，同时解决与紧急疟疾政策需求相关的中期时间尺度。十年总结本质上也受已知影响疟疾的年代际气候变异性影响，但集合方法减少了其人为影响。（2）未捕获一些不确定性来源，包括未来气候预测的不确定性（仅通过集合部分解决）、未来疟疾趋势的非气候和其他未解释驱动因素、未来人口预测的不确定性，以及洪水和飓风范围、严重程度和持续时间预测的不精确性。因此，预测范围并非正式统计区间，而是提供不确定性的指示性度量而非概率陈述。（3）破坏影响分析仅限于洪水和飓风，其对传播影响的证据基础最为确定。未来气候变化可能通过广泛的间接机制影响疟疾，如粮食不安全、生计丧失、冲突、卫生系统压力和经济破坏，许多这些驱动因素还意味着气候变化导致的移民增加，可能对疟疾负担产生深远影响，因为人口可能暴露于不同的传播风险并减少获得预防和治疗基础设施的机会。尽管本分析未纳入这些机制，但强调了考虑更广泛的跨部门气候对疟疾和其他媒介传播疾病影响的重要性，未来需要在这一领域进行协同研究。（4）故意将当前的交通和医疗基础设施、住房质量和疟疾控制水平保持不变——考虑气候对这些决定因素的直接影响，但不考虑背景趋势。因此，预测允许探索气候变化影响，但并非未来条件的预测。实际上，未来几十年的社会经济趋势将不可避免地对疟疾产生重大且不均衡的影响——直接影响和通过调节气候-疟疾关系。（5）尽管此处使用的堆叠建模方法允许灵活的响应-预测变量关系，并表现出良好的样本外预测性能，但目前在完全表征堆叠模型的不确定性方面先例有限，特别是当应用于空间相关数据时。需要进一步的理论工作来建立堆叠和其他集合空间建模框架中的严格不确定性量化。
本研究提出的框架解决了先前气候-疟疾分析中公认的几个差距，包括结合使用机制和相关方法、考虑极端天气事件以及集合气候模型的传播。总体而言，研究结果表明气候变化可能在未来25年严重阻碍疟疾减少和根除，同时强调最终结果将取决于疟疾控制的有效性和提供控制的卫生系统的韧性。虽然逐渐变化的传播生态的预测影响规模可能通过适度的额外干预来抵消，但极端天气对控制工作日益增加的破坏和干扰构成了更深远的威胁。减轻这一威胁需要在国际和地方层面重新关注气候适应性控制策略，例如投资于更具气候韧性的卫生和供应链基础设施，加强紧急预警和响应机制，分散纵向和横向卫生服务提供以促进地方韧性，以及在当地定制使用不易受气候干扰的新工具。
在本世纪上半叶根除疟疾将是人类历史上最伟大的成就之一。加速的气候变化对这一目标构成了诸多威胁。在这种情况下，防气候型根除战略将需要持续的警惕、积极的规划、参与的社区和持续的资金，所有这些都在强大的卫生系统和气候韧性社会的更广泛框架内。