导 读

面对全球新冠肺炎（COVID-19）疫情，中国迅速采取有效防控措施，阻断了COVID-19在国内的大范围传播，科学分析这些防控措施，对解决防控行动争议、借鉴中国经验、共同战胜疫情具有重要意义。

复旦大学环境科学与工程系王戎课题组与国内外团队合作，梳理能源数据和卫星遥感两套资料，将2020年相对2016 - 2019年同期每日的碳排放下降作为地理学指标，与每日新增病例数变化率建立大数据统计学关联，预测控制强度和控制时间对COVID-19规模的影响，研究表明中国防控措施产生的公共卫生长期收益显著高于国内经济生产总值的短期下降。

传统流行病研究以封城日期、人流量、交通量等统计资料为防控措施的指标。然而这些指标无法涵盖全部的生产活动，特别是电厂、工业、农业、民用等重要能源部门。另外，由于统计方法的限制，统计资料存在诸多误差。

本研究基于国家统计局2016 - 2020年省级16个部门能源消耗量和美国Aura卫星遥感观测关键大气组分二氧化氮（NO₂）浓度的两套数据，使用“自下而上”和“自上而下”的地理学方法（图1），消除气象因素对大气NO₂浓度的影响，考虑排放的年际趋势和季节波动，估算了2016 - 2020年1至5月中国各省和直辖市（除西藏、香港、澳门、台湾缺乏数据的地区外）每日二氧化碳（CO₂）排放速率，得到2020年每日CO₂排放相对2016 - 2019年的下降比例，以此构建一个地理学指标，综合反映社会生产活动的变化。

图1 地理学方法示意图

将每日CO₂排放相对同期的减少比例作为一个新指标，引入到COVID-19的流行病控制因素研究中，将其与各省和直辖市每天新增本地新冠肺炎病例数变化率进行了统计学分析（图2），以此建立了回归模型，预测中国每日本地新增病例数变化率，在此基础上绘出病例数的时间变化曲线。

通过比较不同地区每日CO₂排放相对同期下降比例与每天新增新冠肺炎病例数变化率的回归方程，发现湖北省（包括武汉市）具有最高的回归线截距和最低的负回归斜率，这表明湖北省严格的管控和出行限制，在当地有效地控制了疫情的传播。这与湖北省在全国所有省份中采取最强有力的控制措施事实一致。

图2 中国每日二氧化碳排放相对同期的减少比例与新增新冠肺炎病例变化率的统计学关联

本研究建立的统计学回归模型，基于CO₂排放的下降比例低于以及下降时间晚于真实情景两种情况，分别对应不积极防控和控制措施被延迟的情景，预测了控制强度和控制时间对中国新冠肺炎的每日病例数和累计病例数的影响。

结果显示，当干预措施推迟时，不同地区2019冠状病毒疾病病例数量会显著地增加（图3）。例如，预测到2020年2月底实际情况下的每日本地新增病例数约为450 ± 1070例/天 (95% 置信区间) ，而如果干预开始的日期相对于实际情况推迟一天执行，中国每日本地新增病例数将达到730 ± 1410例/天。这项研究证实，中国政府采取的迅速防控措施，截止2020年2月底避免了数以十万计的新冠肺炎潜在感染者。

图3 新冠肺炎防控措施的强度和起始时间对COVID-19潜在感染规模的影响

基于2020年每日的CO₂排放相对2016 - 2019年同期下降比例的指标，将减少的CO₂排放总量分为五等分，即中国控制措施每削弱20%，CO₂排放减少量下降20%，结合COVID-19在中国各省的死亡率和护理费用，建立成本效益模型，评估中国控制措施的公共卫生成效（图4）。

与第一个20%的CO₂排放减少对应的控制措施节省的公共卫生费用约为3.6 - 4.0万亿美元，为2020年第一季度国内生产总值相对于2016 - 2020年减少量（约0.45万亿美元）的8 - 9倍。上述结果表明，中国的干预措施产生的长期公共卫生收益大于短期的经济损失。

图4 新冠肺炎防控措施的公共卫生收益

总结和展望

这项研究从地理学的视角出发，通过综合能源数据和卫星遥感数据，揭示了与二氧化碳排放相关生产活动的变化，弥补了以往流行病学研究单独使用统计资料的不足，建立了控制措施与COVID-19风险的统计关联，评估了中国控制疫情的成效。目前该团队正在将此研究范围扩大到全球各国，力图为全球抗疫提供更全面和更科学的建议。

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https://www.sciencedirect.com/

science/article/pii/S2666675820300655）

本文内容来自 Cell Press 合作期刊 The Innovation 即将于第三期发表的Article文章“Daily CO₂ Emission Reduction Indicates the Control of Activities to Contain COVID-19 in China” (投稿: 20200829；接收: 20201031；在线刊出: 20201104；DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2020.100062)

该项工作得到了复旦大学本科生“望道”计划、国家自然科学基金面上项目、国家高层次海外引进人才计划等的资助。

作者简介

复旦大学环境科学与工程系王戎、杨芮浦、熊元康、邢晓帆为共同第一作者，王戎为通讯作者，共同作者包括复旦大学陈建民、汤绪、阚海东、张艳、张人禾教授；中科院地球与环境研究所曹军骥研究员；北京大学陶澍、马建民教授；法国气候变化中心Yves Balkanski、Philippe Ciais、Didier Hauglustaine教授；西班牙全球生态研究所Josep Peñuelas、Jordi Sardans教授；美国国家航空航天局Tomohiro Oda研究员和澳大利亚昆士兰理工Lidia Morawska教授。

王戎，青年研究员，主要从事能源、大气环境与气候变化研究，使用大气物理、化学、生态、海洋、经济交叉技术，研究能源生产和使用过程中排放二氧化碳与气溶胶产生的环境影响。近 10 年发表SCI论文 70 余篇，总引用 4500 余次，其中以第一或通讯作者在Joule、Nature Geoscience、PNAS、GCB、EST、ACP、JGR、GRL等高影响力期刊发表论文 16 篇，曾获联合国工业发展组织颁发的全球科技创新“突出贡献奖”、亚洲气溶胶青年科学家奖、国家高层次引进人才计划青年项目、玛丽居里欧盟外学者等荣誉。 

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The Innovation 是由一百多位青年科学家发起成立的综合性英文期刊，与 Cell Press 合作出版，期刊内容覆盖所有自然科学。

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