新冠肺炎 COVID-19 传播动力学研究简报(七):2020年03月23日

  • 石耀霖院士研究团队
  • 创建于 2020-03-24

新冠肺炎 COVID-19 传播动力学研究简报 (7)

- 韩国疫情发展模拟研究和预测

- 中国科学院计算地球动力学重点实验室

- 程惠红 石耀霖

 

序言

我国对性肺炎 COVID-19 的防治工作已经取得了阶段性胜利,但是世界疫情正在发展, 对世界疫情的评估不仅关系到我国疫情防治工作的部署,还关系到国际经济活动发展趋势 的判断,因此我们有必要加以关注。今后将把我们在我国疫情研究中采用和发展的离散随 机传染病动力学模型研究,运用到国际疫情的分析和预测中。

这此简报对韩国疫情进行了模拟,并基于模拟结果进行了预测。认为韩国疫情较大的 可能是在四月中下旬趋于缓解,在 5 月中旬前结束,总感染人数接近或略超过 10000 人。但 不排除未来疫情有小的起伏的可能性。

 

回顾

我们过去对湖北研究成效如何?我们在一月底以来对发病高峰时间、疫期长度、春节 后人口流动是否会引起疫期反弹等发表过研究结果,与实际情况基本相符。

(1)关于发病高峰时刻,2 2 日我们发布的意见:估计武汉及周边地区有可能在 2 10 日以前到达峰值”(https://gdlab.ucas.ac.cn/index.php/zh-CN/xwbd-2/2909-2003-sars)。 尽管2月上旬每日确诊人数处于3000人左右高峰期,特别212日宣布确诊人数达15000 余人,我们在 2 9 日指出,“......武汉每日新发病人数的高峰已经在 2 月初度过。(https://gdlab.ucas.ac.cn/index.php/zh-CN/xwbd-2/2957-2020-02-09)。、2 12 “认为武汉 每日新增发病病人数目高峰期已经在 2 月 3 日左右度过,今后每日发病人数、以及确诊人 数都将显著降低”(https://gdlab.ucas.ac.cn/index.php/zh-CN/xwbd-2/2958-2020-02-12)。我们 的结论与实际情况吻合。据世界卫生组织和中国 2 月下旬的联合报告, 实际发病人数(注 意,不是确诊人数)在一月下旬到 2 月上旬为高峰期,在 2 1 日到达峰值(图 1)

 

1、实际统计的每日发病人数,一月下旬到 2 月上旬为高峰期。据 Report of the WHO-China Joint Mission on Coronavirus Disease 2019 (COVID-19)16-24 February2020 (https://www.who.int/docs/default-source/coronaviruse/who-china-joint-mission-on-covid-19- final-report.pdf)

 

(2)关于湖北疫情结束时间。2 2 日我们发布的意见:估计武汉及周边地区有可能 在 2 10 日以前到达峰值,峰值后再有一个半月左右时间(3 月下旬)疫情可能基本结束。” 2 12 日 “认为武汉每日新增发病病人数目高峰期已经在 2 月 3 日左右度过,......估计以 发病人数为标志的疫情在 3 月初基本结束,每日新增确诊病人人数会略有滞后,在 3 月中 旬应该表现出来。(https://gdlab.ucas.ac.cn/index.php/zh-CN/xwbd-2/2958-2020-02-12)。”2 27 日投稿,3 15 日发表于《中国科学院大学学报》的文章“用离散随机模型研究湖北 新冠肺炎 COVID-19 流行病动力学特征“中提出“预期疫情在 3 月底前后结束,累计患病人 数达到 71000 人左右。”。与实际情况大体吻合。

(3) 关于春节后民工和学生返程问题,2 16 日提出,“在目前的推测模型中,疫情 已经进入下降期,现在虽然湖北每天确诊病人数仍停留在 3000 人左右的高水平,但此前五 天被感染未发病人数可能只有不到 4000 人,显著低于武汉封城前的局势,......处于管控之 下。 ......应该对不同地区分类管理,分批次稀释返程人群密度,在谨慎科学管理下,开展 返程运作。”(https://gdlab.ucas.ac.cn/index.php/zh-CN/xwbd-2/2960-2020-02-16)。在 2 20 日提出:“返程人口流动引发新冠肺炎 COVID-19 疫情反弹的可能性较小”,“只要区别不同地 区疫情程度,错峰安排返程,注意交通手段的卫生防疫,接受地也做好接待和预防工作,回 程产生疫情反弹的可能性很小。” (https://gdlab.ucas.ac.cn/index.php/zh-CN/xwbd-2/2961-2020-02-20)。这些判断与实际情况也吻合。

 

韩国疫情模拟和预测

研究方法和模型请见《中国科学院大学学报》3 15 日发表的文章用离散随机模型 研究湖北新冠肺炎 COVID-19 流行病动力学特征“,这里仅给出模拟结果和预测。

(1)、已有资料的拟合

首先,对原始资料每天确诊人数进行处理,根据排队论 Erlang 概率分布得到每天发病人 数和每天感染人数随时间的变化(图 2),韩国 COVID-19 检测工作做得好,做到及时检测和 全面覆盖,发病到确诊的平均等待时间为 3 天左右,潜伏期仍取为 5.2 天。然后根据每天发 病人数(而不是确诊人数)进行模拟研究。

 

2 韩国每日确诊人数,以及根据排队论计算的每日发病人数和感染人数。

 

用试错法得到各时段传染率见表一。作为比较,给出湖北省各时段传染率的反演结果(表 二)。可以看出,韩国疫情初期传染率很高,这是新天地教会造成的密集传染的表现。近来 虽然疫情得到了控制,但与湖北省比较,传染率相对较高,并出现了小的起伏。

 

(2)预测

要准确预测未来发展是几乎不可能的,因为存在许多不确定偶然因素,但是疫情发展总 的来说又是有规律的。因此可以对发展的大趋势做出一定程度的预测。在疫情发展中还可以 不断追踪,更新预测。这里给出三个预测模型。

 

Model A
假定从第 61 天起,传染率保持在 0.035,即过去 20 天中较高的值。则预测结果如图 3。预测疫情持续总天数为 180 天,患病总人数最后达 11300 人。

3 在未来传染率取过去 20 天的高值 0.035 时,每天发病人数的预测结果。图中蓝柱 表示实际每天发病人数,红柱代表模型拟合和预测结果。

 

Model B
假定从第 61 天起,传染率保持在过去 20 天中的平均值 0.0255。则预测结果如图 4。预 测疫情持续总天数为 161 天,患病总人数最后达 10791 人。

4 在未来传染率取过去 20 天的平均值 0.0255 时,每天发病人数的预测结果。图中 蓝柱表示实际每天发病人数,红柱代表模型拟合和预测结果。

 

Model C
假定从第 61 天起,传染率能保持在过去 20 天中较低的值,即 r =0.012。则预测结果如图 5。预测疫情持续总天数为 118 天,患病总人数最后达 10382 人。

5 在未来传染率取过去 20 天的低值 0.012 时,每天发病人数的预测结果。图中蓝柱 表示实际每天发病人数,红柱代表模型拟合和预测结果。

 

根据过去对 SARS 和最近对湖北省 COVID-19 的模拟经验,在疫情趋于结束的最后阶段, 由于政府的经验和民众的配合,对可能感染的人群一般会有比较好的监测,传染率会比较低。 所以我们倾向于模型 C 的预测结果,甚至比模型 C 的预测还要乐观。然而,在疫情发展中 会有许多偶发事件,例如韩国在 3 20 日前后已经发生了小的起伏,特别在世界疫情得到 控制之前,任何国家都不可能单独高枕无忧。

因此我们的预测是,韩国疫情较大的可能是在 4 月中下旬趋于缓解,在 5 月中旬前结 束,总感染人数大约接近或略超过 10000 人。但不排除未来疫情有小的起伏,造成疫期延 长和总感染人数增加的可能性。