Почему денге приходит волнами: ритм лихорадки в Коста-Рике

Оригинал: "Wavelet Analysis of Dengue Incidence and its Correlation with Weather and Vegetation Variables in Costa Rica"
arXiv:2107.05740 · 2021-07-02 · CC BY 4.0 · 1 мин
Вспышки денге в Коста-Рике повторяются каждые 1, 2 или 3 года, и их ритм связан с листвой и океаном.

Денге в Коста-Рике похожа на морской прилив: она приходит регулярно, но высота волны каждый раз разная. В одних кантонах болезнь вспыхивает каждый год, в других — раз в два или три года. Двадцать лет наблюдений показали, что эти волны не случайны: у них есть свой ритм, который можно услышать, если разложить данные на волны разной длины, как музыку на ноты.

Учёные взяли ежемесячные данные о заболеваемости в 32 кантонах и сравнили их с тем, что видно из космоса: насколько зелёная листва, насколько она влажная, какая температура поверхности днём и ночью. Оказалось, что на тихоокеанском побережье лихорадка растёт через три месяца после того, как листва становится гуще. А температура поверхности и тёплое течение Эль-Ниньо связаны с болезнью по всей стране, но с задержкой: пик денге наступает через 3–6 месяцев после самого холодного момента.

Эль-Ниньо — это тёплое течение в Тихом океане, которое меняет погоду по всему миру.

Теперь понятно, почему в разных местах денге ведёт себя по-разному. На побережье главный сигнал подаёт листва, а в глубине страны — океан. Значит, и готовиться к вспышкам нужно по-разному: где-то следить за спутниковыми снимками растительности, а где-то — за температурой океана. Так лихорадка перестаёт быть непредсказуемой: её ритм можно услышать заранее.

Вейвлет-анализ, изначально созданный для обработки сейсмических сигналов, сегодня помогает эпидемиологам видеть, как лихорадка денге пульсирует в такт океанским течениям.

W_x(s,\tau) = \frac{1}{\sqrt{s}} \int_{-\infty}^{\infty} x(t) \Psi^*\left(\frac{t-\tau}{s}\right) dt
Разложение сигнала по масштабам и временным сдвигам
R_{x,y}(s,\tau) = \frac{|\langle W_{x,y}(s,\tau) \rangle|^2}{|\langle W_x(s,\tau) \rangle|^2 |\langle W_y(s,\tau) \rangle|^2}
Мера синхронности двух временных рядов на каждом масштабе и времени
Понятия
океанический индекс нино энсо многомерный индекс ЭНСО NOAA CPC Ниньо 1.2 декадная изменчивость относительный они межгодовая изменчивость модель Зебиака–Кейна северное экваториальное противотечение сезонный цикл атлантическая мультидекадная осцилляция