Термометр Тихого океана предсказывает вспышку холеры в Дакке ✎

Оригинал: "Cholera forecast for Dhaka, Bangladesh, with the 2016 El Niño"
arXiv:1607.01008 · 2016-07-04 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Температура воды в далёком Тихом океане за восемь месяцев до события подсказала, что Дакку ждёт крупная вспышка холеры.

В январе 2016 года вода в центральной части Тихого океана нагрелась на 2,6 градуса выше нормы. Для жителя Дакки это далёкое событие, но именно оно стало первым звеном в цепочке, которая привела к прогнозу: осенью город, скорее всего, накроет крупная вспышка холеры.

Исследователи поступили как синоптики, которые по давлению над океаном предсказывают шторм у берега. Они взяли историю заболеваемости холерой в Дакке с 1995 по 2010 год и построили две модели. Первая описывает, как болезнь переходит от человека к человеку и подпитывается из заражённой воды. Вторая делит город на районы и смотрит, как вспышки перетекают из одного района в другой. В обе модели встроен один и тот же датчик: аномалия температуры океана в январе.

Проверка на тихих годах: с 2011 по 2015 год крупных вспышек в Дакке не было, и модели это подтвердили. Ни в одном из этих лет вероятность превысить опасный порог не поднялась выше 29%. Это вселяет доверие к прогнозу на 2016 год.

Когда модели запустили на сезон с августа по декабрь 2016 года, обе забили тревогу. Первая дала 87% вероятности крупной вспышки, вторая — 92%. Для сравнения: в спокойные годы этот показатель не превышал 29%. Разница огромна, и она объясняется именно тёплой водой в Тихом океане.

Температура океана сработала как барометр, который падает задолго до шторма. В январе 2016 года аномалия составила 2,60 градуса, а в январе 1998 года, когда Дакка пережила сильнейшую вспышку холеры за двадцать лет, — 2,56 градуса. Почти точное совпадение. Океан будто повторил свой прежний сигнал.

Такой прогноз даёт системе здравоохранения не дни, а месяцы форы. Можно заранее подготовить больницы, запастись растворами для регидратации и предупредить население. Метод не ограничивается холерой и Даккой: любое заболевание, чувствительное к климату, может получить свой ранний индикатор. Термометр в Тихом океане оказался полезным инструментом для врачей на другом берегу.

Аномалия температуры поверхности океана в регионе Ниньо-3.4 в январе 2016 года составила 2.60°C, что почти совпадает с аномалией 2.56°C в январе 1998 года, когда Дакка пережила крупнейшую вспышку холеры за 20 лет и наводнение, затопившее более половины города.

\lambda(t) = e^{-\nu(t-t_0)} \left[ \beta(t) \frac{I}{N} + \omega \right]
Скорость заражения восприимчивого человека складывается из затухающего со временем тренда, передачи от инфицированных с коэффициентом β и постоянного источника из окружающей среды ω.
\beta(t) = \exp\left[ \sum_{j=1}^{6} b_j s_j(t) + \sum_{m=4}^{5} b_{Em} s_m(t) f(ENSO) \right] \frac{d\Gamma}{dt}
Сезонность задана шестью сплайнами, влияние Эль-Ниньо включено в четвёртый и пятый сплайны через функцию f(ENSO), а стохастичность — через гамма-процесс.
f(ENSO) = A \left[ \frac{\tanh(ENSO_{Jan}(t))}{\tanh(1)} \right]
Аномалия температуры в январе преобразуется гиперболическим тангенсом, что даёт нелинейный отклик с насыщением при больших аномалиях.
Понятия
ла-нинья энсо