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数学模型助力新冠疫情预测

作者:魏明发布时间:2021-09-19 16:57浏览:

近日,中国兰州大学《新冠肺炎疫情全球预测系统》结果表明,福建此轮新冠肺炎(COVID-19)疫情的峰值大概在9月16日左右。随着第一、二轮全员核酸检测的结束,会将无症状感染者集中筛检出来,后续疫情就会逐渐平缓,9月26日疫情会得到有效控制;厦门和泉州两地疫情持续时间可能会长一点,到10月1日前后。这对人们战胜新冠增加了信心,但抗疫的道路依然任重道远。

兰大预测系统自2020年5月25日启用以来,对全球有疫情数据的190多个国家进行了未来一日、一月以及两个季度的新冠疫情预测,并且每10天更新一次预测数据,预测数据面向全世界免费开放。这一系统的研制主要基于数学模型;目前系统已经更新至第二版,相较于第一版,它同时考虑社区解封时间及市民自我隔离对疫情发展的影响等因素,方法更加优化,以期获得更好的预测结果。中国工程院院士、呼吸病学专家钟南山教授曾两次点赞该系统。
数学模型 (英文Mathematical Model)是一种模拟,是用数学符号、数学式子、程序、图形等对实际问题本质属性的抽象而又简洁的刻画。随着人们使用数字,就不断地建立各种数学模型,以解决各种各样的实际问题。中国科学家及未来学家周海中教授在1993年发表的论文《21世纪数学展望》中指出:“数学模型在今后将显得越来越重要。”数学模型的应用现在已扩展到各个领域,并起着十分重要的作用。
科学家借助数学模型来预测传染病的流行过程及相关信度,尤其是疫情的峰值及拐点;为人们了解传染病的疫情演变,数学模型(如SEI模型、SIR模型、SEIR模型等)提供了必要的科学信息。不同的数学模型具有不同的微分方程组及其解,以描述不同的传染病的疫情演变,从而预测出不同的趋势走向。目前,传染病新冠在全球蔓延,数学模型就显得尤为重要。
例如,阿根廷科学家前不久利用数学模型计算出布宜诺斯艾利斯地区新冠第二波疫情感染和死亡人数高峰的发生时间。这项研究根据“R0”值(病毒的复制次数,该变量会随时间变化而改变)变量来预测;布市将会在5月初迎来疫情高峰,而布省的高峰时间在5月底。当时的预测结果与后来情况基本相符。
又如,2013年诺贝尔化学奖得主、美国国家科学院院士、斯坦福大学结构生物学家迈克尔·莱维特教授领衔的研究团队经过5个月对全球3546个不同国家地区的新冠疫情数据追踪,前不久提出了一个全新的数学模型,用于预测每个地方新冠疫情何时结束以及确诊人数和死亡人数。
再如,世卫组织(WHO)最近表示,根据有关数学模型预测,如果富裕国家在新冠疫苗一面市就抢购一空,而不是平均分配给全球各国,将造成更多人死于新冠。由于疫苗产量有限,联合国(UN)和WHO都担心新冠疫苗被富裕国家抢购一空,令贫穷国家得不到保障。
需要指出的是,在传染病新冠研究中,数学模型并非万能,存在着一定的局限性,即通常所说的数据不足而预测不准。其实数学模型只是一种分析和预测的工具,它是根据已有的数据和信息进行的推测,它的结论可能会相对准确、可靠;这对人们判断疫情走势以及作出决策具有实用意义和参考价值。

文/魏明(作者单位:上海交通大学医学院)