CC BY
41
--------------------------------------- © Г.С. Лбов, Г.Л. Полякова,
И.А. Пестунов, 2009
УДК 519.2
Г. С. Лбов, Г.Л. Полякова, И.А. Пестунов
О ВЛИЯНИИ АСТРОФИЗИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ НА ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬ КЛЕЩЕВЫМ ЭНЦЕФАЛИТОМ
Предлагается метод анализа эмпирической информации, представленной в виде многомерных временных рядов, отражающих астрофизические, природные характеристики и показатели заболеваемости населения клещевым энцефалитом. Результаты статистического анализа представляются в виде логических закономерностей, отражающих причинно-следственные связи объекта исследования.
Ключевые слова: метод анализа эмпирической информации, логические закономерности, клещевой энцефалит.
А ктуальность проблемы клещевого энцефалита (КЭ), как
Ул* классической трансмиссивной природно-очаго-вой инфекции, связана с высоким уровнем заболеваемости населения эндемичных регионов. Заболеваемость людей КЭ периодически изменяется и ежегодно составляет около 11000 случаев в России. В настоящее время исследуется влияние на заболеваемость населения КЭ астрофизических и природных факторов, в частности температуры воздуха в зимний период (январь, февраль), определяющей численность популяций мелких млекопитающих и их эктопаразитов, и влажности [1]. Влияние солнечной активности на биосферу в целом отмечено, например, в [2]. В странах Западной Европы для прогнозирования заболеваемости людей клещевым энцефалитом используются геоинформационные системы, включающие информацию о температуре, влажности, соотношении численности личинок и нимф клещей и другие параметры.
Цель данной работы заключалась в проверке гипотезы о влиянии астрофизических и природных факторов на заболеваемость людей клещевым энцефалитом. Влияние метеорологических параметров на уровень заболеваемости клещевым энцефалитом населения Иркутской и Свердловской областей, Красноярского и Дальневосточного краев и др. было описано ранее [1]. Всесторонний ана-
лиз астрофизических и природных факторов в природном очаге клещевого энцефалита Новосибирской области проведен впервые.
Исследование влияния природных факторов на заболеваемость людей клещевым энцефалитом заключалось в совместной статистической обработке 12 временных рядов. Каждый ряд представлял собой набор значений среднемесячных показателей трех природных факторов (температура воздуха, относительная влажность воздуха и температура точки росы в приземном слое), трех астрофизических факторов (данные солнечной радиации: прямой радиации на горизонтальную поверхность, прямой радиации на перпендикулярную поверхность и отраженной радиации) и годовых значений заболеваемости людей в течение 18 лет (с 1991 по 2008 гг.). Таким образом, каждому фактору соответствовала таблица из 12 столбцов (переменные X1,---,X12) и 18 строк (наблюдения или объекты). Для каждой строки задавался показатель заболеваемости клещевым энцефалитом на 100 тыс. населения (переменная У). Требовалось найти статистические закономерности (взаимосвязи)
между всеми X1,---, X12 и У.
Указанные задачи приходилось решать при отсутствии информации о виде распределения, линейной зависимости, наличии малого количества наблюдений (объектов) относительно числа переменных (характеристик), для которых традиционные статистические методы оказываются малоподходящими. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования [3, 4], построение логико-вероятностных моделей изучаемых явлений на основе информации, обладающей указанными особенностями, оказывается достаточно перспективным направлением. Эти модели представляют собой список логических закономерностей, обладающих достаточно высокой прогнозирующей способностью. Кроме того, в отличие от классических методов статистического анализа результаты в рамках указанной модели представляются на языке, близком к естественному языку логических суждений, что облегчает их интерпретацию.
Анализ информации сводится к выбору нескольких закономерностей из большого количества логических высказываний. Под логическим высказыванием понимается произвольное утверждение на значениях характеристик явления, например, типа: «если пятая числовая переменная принимает значение в некотором указанном
интервале и одновременно двадцатая переменная (значениями которой являются имена) принимает одно из двух имен, то целевая переменная принимает первое значение (первый класс, образ)». Данное высказывание является логическим высказыванием длины
2. Ясно, что число таких высказываний произвольной длины, использующих различные сочетания исходных переменных, может быть достаточно велико (например, 1010 и более). Поэтому, при малом числе наблюдений (объеме выборки) вероятность того, что при одном наблюдении некоторое высказывание будет истинным практически равна нулю. Но если на выборке, например, некоторое высказывание истинно на 10 наблюдениях из 20, то, по-видимому, оно с большей вероятностью и является логической закономерностью. Постулируется, что изучаемое явление характеризуется лишь небольшим числом закономерностей (несколько десятков). Для решения поставленной задачи использовался алгоритм ТЕМР [3], который обнаруживает все закономерности с заданной прогнозирующей способностью.
Были получены результаты анализа влияния вышеуказанных трех природных факторов и трех астрофизических факторов на заболеваемость клещевым энцефалитом для Советского района г. Новосибирска. Из-за сложности статистической задачи (многомерность, нестационарность, малое число наблюдений) возникла необходимость в «огрублении» статистической информации (использовалось небольшое число интервалов значений переменных, включая и показатель заболеваемости). Значения показателя заболеваемости было разбито на 2 диапазона: 1 диапазон (низкий уровень заболевания) — от 2 до 17 человек на 100 тыс. населения, 2 диапазон (высокий уровень заболевания) — от 17 до 62 заболевших. Это дало возможность обнаружить логические закономерности (как правило, включая конъюнкции значений не более трех переменных для прогноза уровня заболеваемости).
Результаты проведенного анализа показали наличие/ отсутствие влияния на заболеваемость КЭ следующих природных факторов.
1. На низкий уровень заболеваемости КЭ влияет температура воздуха (ТВ) при выполнении одного из условий: «ТВ в марте от -10 °С до -1.9 °С» или «ТВ в августе от 15 °С до 18.7 °С». Высокий уровень заболеваемости КЭ возникает при совместном (одновременном) выполнении условий: «ТВ в январе от -20 °С до -
11°С» и «ТВ в августе от 15 °С до 18.7 °С» и «ТВ в октябре от 2.1 °С до 5.6 °С».
2. На низкий уровень заболеваемости КЭ влияет точка росы (ТР) при выполнении одного из условий: «ТР в марте от -17 °С до -6.2 °С» или «ТР в декабре от -21 °С до -10 °С». Высокий уровень заболеваемости КЭ возникает при выполнении условий: «ТР в марте от -17 °С до -6.2 °С» и «ТР в августе от 10.8 °С до 13 °С» или «ТР в ноябре от -10 °С до -4 °С».
3. На низкий уровень заболеваемости КЭ влияет относительная влажность воздуха (ОВВ) при совместном выполнении условий: («ОВВ в апреле от 58% до 73%» и «ОВВ в сентябре от 65.5% до 80%») или («ОВВ в феврале от 72.5% до 83.5%» и «ОВВ в сентябре от 65.5% до 80%»). Высокий уровень заболеваемости КЭ определяется совместным выполнением условий: «ОВВ в феврале от 72.5% до 83.5%» и «ОВВ в апреле от 58% до 73%» и «ОВВ в декабре от 79.8% до 85%».
4. На низкий уровень заболеваемости КЭ влияет прямая солнечная радиация (106 Дж/(сек м2)) на горизонтальную поверхность ^') в мае, августе и октябре. Высокий уровень заболеваемости КЭ определяется совместным выполнением условий:- <^' в мае от 780 до 1380» и <^' в октябре от 170 до 420»;
5. На низкий уровень заболеваемости КЭ влияет прямая
солнечная радиация (106Дж/(сек м2)) на перпендикулярную поверхность ^) при выполнении одного из условий: в апреле от
285.37 до 2070» или в сентябре от 470 до 1670». Для высокого
уровня заболеваемости КЭ требуется совместное выполнение следующих условий: в марте от 800 до 1570» и в апреле от
285.37 до 2070» и в мае от 1400 до 2300».
6. На низкий уровень заболеваемости КЭ влияет отраженная солнечная радиация (106Дж/(сек м2)) (Кк) при выполнении одного из условий: «Кк в апреле от 246.57 до 620» или «Кк в мае от 287.68 до 430». Для высокого уровня заболеваемости КЭ требуется совместное выполнение следующих условий: («Ик в марте от 720 до 1070» и «Кк в апреле от 246.57 до 2070») или («Кк в апреле от 246.57 до 2070» и «Кк в мае от 287.68 до 430» и «Кк в июле от 370 до 500»).
Стоит заметить, что влияние астрофизических и метеорологических природных факторов на заболеваемость клещевым энцефалитом населения Новосибирской области является опосредо-
ванным. Указанные факторы влияют на состояние популяций клещей и позвоночных, прокармливающих клещей, затем на число клещей, число покусов клещами и затем, в зависимости от иммунитета человека, на заболеваемость КЭ. Это обстоятельство затрудняет интерпретацию полученных результатов.
Авторы благодарят за предоставленный статистический материал по астрофизическим и природным факторам ГУ «Сиб-НИИГМИ» (Крупчатников В.Н.) и по заболеваемости КЭ Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Новосибирской области (Михеев В.Н. и Шульгина Н.И.), ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Новосибирской области» (Банникова Л.М. и Козловский Л.И.), Институт систематики и экологии животных СО РАН (Бахвалова В.Н., Глупов В.В.).
Данная работа проводилась при частичной финансовой поддержке Междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН №83 и гранта РФФИ № 09-07-12087-офи_м.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Коротков Ю.С., Никитин А.Н., Антонова А.М. и др. Роль климатических факторов в многолетней динамики заболеваемости населения г. Иркутск клещевым энцефалитом // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2007. № 3. (55). С. 126-130.
2.Владимировский Б.М. Журнал «Химия и Жизнь». №1. 2009. С. 10-13.
3.Лбов Г.С. Методы обработки разнотипных экспериментальных данных. Новосибирск: Наука, 1981.
4. Лбов Г.С., Старцева Н.Г. Логические решающие функции и вопросы статистической устойчивости решений. Новосибирск: Изд-во Института математики СО РАН, 1999. nsrj=i
Lbov G.S., Polyakova G.L., PestunovI.A
THE ROLE OF THE CLIMATIC FACTORS IN TICK-BORN
ENCEPHALITIS DISEASE’S INDICES
In this paper the method of analysis of empirical information represented in the form of multidimensional time series is suggested. These time series reflect astrophysical, climatic features and tick-born encephalitis disease’s indices. Results of statistical analysis are represented in the form of logical rules reflected cause-effect relations of object under investigation.
Key words: method of analysis of empirical information, logical rules, tick-born encephalitis
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Лбов Геннадий Сергеевич - доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт математики СО РАН,
E-mail: lbov@math nsc. ru
Полякова Галина Леонидовна - ведущий инженер, Институт математики СО РАН, Новосибирск,
Пестунов Игорь Алексеевич - кандидат физико-математических наук, ученый секретарь, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск, pestunov@ict. nsc. ru
