關(guān)于COVID-19的許多未解決的科學(xué)問(wèn)題之一是，它是否像流感一樣在季節性下發(fā)生-在溫暖的夏季逐漸減弱，然后在秋季和冬季恢復?，F在，勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗室(伯克利實(shí)驗室)的科學(xué)家正在啟動(dòng)一個(gè)項目，該項目將機器學(xué)習方法應用于大量健康和環(huán)境數據集，并結合高分辨率氣候模型和季節預報來(lái)找出答案。
“環(huán)境變量，例如溫度，濕度和紫外線(xiàn)(紫外線(xiàn))暴露，在生存能力方面可以直接影響病毒。它們還可以影響病毒的傳播和氣溶膠的形成，”他說(shuō)。伯克利實(shí)驗室科學(xué)家Eoin Brodie，項目負責人。“我們將使用最先進(jìn)的機器學(xué)習方法，將社會(huì )因素和環(huán)境因素的貢獻區分開(kāi)來(lái)，試圖確定那些疾病動(dòng)態(tài)最敏感的環(huán)境變量。”
研究團隊將利用縣級的大量健康數據，例如COVID-19暴發(fā)的嚴重程度，分布和持續時(shí)間，以及何時(shí)實(shí)施的公共衛生干預措施以及人口統計，氣候變化和天氣因素，以及借助智能手機數據，人口流動(dòng)動(dòng)態(tài)。該研究的最初目標是針對美國每個(gè)縣預測環(huán)境因素如何影響SARS-CoV-2病毒的傳播，該病毒會(huì )導致COVID-19。
多學(xué)科團隊解決復雜問(wèn)題
將環(huán)境因素與社會(huì )和健康因素區分開(kāi)來(lái)是一個(gè)棘手的問(wèn)題，其中涉及許多變量，它們以不同的方式相互作用。最重要的是，氣候和天氣不僅影響病毒，還影響人類(lèi)的生理和行為。例如，取決于天氣，人們可能會(huì )在室內花更多或更少的時(shí)間。而且它們的免疫系統也會(huì )隨著(zhù)季節而變化。
這是一個(gè)復雜的數據問(wèn)題，與伯克利實(shí)驗室的研究人員研究流域和農業(yè)等系統時(shí)所解決的問(wèn)題類(lèi)似。挑戰涉及跨尺度集成數據以在本地進(jìn)行預測。布羅迪說(shuō)：“降低氣候信息的規模是我們通常要做的，以了解氣候如何影響生態(tài)系統過(guò)程。” “它涉及相同類(lèi)型的變量-溫度，濕度，太陽(yáng)輻射。”
伯克利實(shí)驗室氣候與生態(tài)系統科學(xué)部副主任布羅迪(Brodie)領(lǐng)導著(zhù)一支由科學(xué)家組成的跨學(xué)科團隊，他們在氣候建模，數據分析，機器學(xué)習和地理空間分析方面擁有專(zhuān)業(yè)知識。伯克利實(shí)驗室生物科學(xué)領(lǐng)域的計算生物學(xué)家本·布朗(Ben Brown)正在領(lǐng)導機器學(xué)習分析。他們的主要目標之一是了解氣候和天氣如何與社會(huì )因素相互作用。
布朗說(shuō)：“我們并不一定期望氣候本身會(huì )造成巨大的影響或主導作用。這并不會(huì )勝過(guò)哪個(gè)城市何時(shí)關(guān)閉。” “但是，[變量之間]可能存在一些真正重要的相互作用。例如，以紐約和加利福尼亞為例，即使考慮到國家采取干預措施的時(shí)機之間的差異，紐約的死亡率也可能比美國高出四倍。在加利福尼亞州，盡管需要確定一些隨機樣本進(jìn)行額外的測試。了解環(huán)境的相互作用可能有助于解釋為什么這些模式似乎正在出現。這是機器學(xué)習和AI(人工智能)的典型問(wèn)題。”
計算工作將在國家能源研究科學(xué)計算中心(NERSC)進(jìn)行，該中心是位于伯克利實(shí)驗室的DOE科學(xué)辦公室用戶(hù)設施。
氣候影響的跡象
研究人員指出，已經(jīng)報道了該疾病行為的地理差異。在統計上，溫度，濕度和紫外線(xiàn)指數均與COVID-19的傳播速率相關(guān)，盡管接觸率仍然是疾病傳播的主要影響因素。在南半球，例如，當它目前下跌，疾病的傳播已經(jīng)比北半球慢。布羅迪說(shuō)：“與此相關(guān)的還有其他潛在因素。” “問(wèn)題是，當南半球進(jìn)入冬季時(shí)，傳輸率會(huì )上升嗎?或者在秋天和2020年冬季導致在沒(méi)有干預的情況下在整個(gè)美國復蘇?”
印度是COVID-19似乎還沒(méi)有致命的地方。布朗說(shuō)：“有些城市表現得好像是有史以來(lái)最傳染病。然后有些城市表現得更像流感。” “了解為什么我們看到這些巨大差異真的很關(guān)鍵。”
布朗指出，其他實(shí)驗表明SARS-CoV-2病毒可能是季節性的。國家生物防御分析和對策中心(NBACC)特別評估了該病毒在各種表面上的壽命。布朗說(shuō)：“在陽(yáng)光和潮濕條件下，他們發(fā)現該病毒在60分鐘內喪失了生存能力。” “但是在黑暗和低溫下，它可以穩定八天。有一些非常嚴重的差異需要調查。”
伯克利實(shí)驗室小組認為，現在可以提供足夠的數據來(lái)確定哪些環(huán)境因素可能會(huì )影響病毒的毒性。布朗說(shuō)：“現在我們應該有來(lái)自世界各地的足夠數據來(lái)真正進(jìn)行評估。”
團隊希望在夏末或初秋之前提供分析的第一階段。下一階段將是在不同情況下進(jìn)行預測，這將有助于公共衛生決策。
“我們將使用模型來(lái)預測不同國家的天氣情況，不同的健康干預情況，例如持續的社會(huì )距離或是否在該國不同地區進(jìn)行疫苗接種或某種程度的畜群免疫。例如，我們希望成為可以說(shuō)，如果您的孩子在這種環(huán)境下重返校園，那么該地區的氣候和天氣將以這種程度影響潛在的傳播。” “這將是我們要完成的一項長(cháng)期任務(wù)。”
