Вспышки КОВИД-19 в Техасе и влажность

15.08.2020 | PDF

Наблюдения и эксперименты указывают на существенную роль влажности в распространении острых респираторных вирусных инфекций (ОРВИ), в том числе гриппа и КОВИД-19. Между тем, приводятся контр-примеры, якобы опровергающие эту закономерность. Упоминается влажный Техас и вспышки КОВИД-19 в нём летом 2020 года. Очевидно, такие случаи необходимо исследовать на аномалии, а не отвергать теорию на основе одной лишь интуиции или жизненного опыта. Интуитивный пример влажного Техаса упускает ряд важных деталей. Лето длинное, а Техас большой: Хьюстон находится на побережье, а Эль-Пасо — в пустыне. Само понятие влажный климат плохо определено. Как правило, это усреднённое сравнение относительной влажности с более сухими регионами, но для распространения ОРВИ важна (предположительно) абсолютная влажность, то есть количество водяного пара в воздухе.

В целом, рассуждения о влажном Техасе страдают от так называемой экологической ошибки — некорректного использования сводных данных с целью получения выводов относительно свойств отдельных случаев или групп. Интересно посмотреть на ситуацию в меньшем масштабе, в динамике в конкретных населённых пунктах.

Данные по числу заражений КОВИД-19 опубликованы на сайте минздрава Техаса. Исторические данные о погоде в отдельных городах можно взять с сайта OpenWeatherMap. За 10$ сервис предоставляет данные о погоде в одном городе за последние 40 лет с точностью до одного часа. Среди этих данных имеются: температура, относительная влажность, атмосферное давление. Для вычисление абсолютной влажности необходимо также знать давление \(P_s\) насыщенного водяного пара. Формула для вычисления давления (в Паскалях) насыщенного водяного пара при заданной температуре \(t\) (-30 °C \(\leqslant t \leqslant\) 35 °C) приведена в работе Bolton D. The Computation of Equivalent Potential Temperature (Вычисление эквивалентно-потенциальной температуры), Monthly Weather Review, 1980, 108(7):1046–1053 (формула 10): \[P_s = 100\cdot6{,}112\cdot\exp\left(\frac{17{,}67\cdot{}t}{t+243{,}5}\right).\]

Согласно уравнению состояния идеального газа, плотность \(\rho\) водяного пара, выраженная в \(\text{г/м}^3\), будет равна \[\rho = \frac{\mu P}{RT} = \frac{\mu h_{r}P_{s}}{RT} = \frac{13{,}25h}{T}\exp\left[\frac{17{,}67\cdot{}\left(T-273{,}15\right)}{T-29{,}65}\right],\] где \(R\approx 8{,}314\ \frac{\text{Дж}}{\text{моль}\cdot\text{К}}\) — универсальная газовая постоянная, \(\mu\approx 18{,}02\ \text{г/моль}\) — молярная масса воды, \(T= t + 273{,}15\) — абсолютная температура к Кельвинах, \(0\leqslant h_r \leqslant 1\) — относительная влажность, \(h\) — она же в процентах. В таблице ниже приведены примеры расчёта для Хьюстона:

Время \(T\), \(\text{K}\) \(h\), % \(\rho\), \(\text{г/м}^3\)
01.08.2020 00:00:00 305,86 62 21,77
01.08.2020 01:00:00 304,13 66 21,13
01.08.2020 02:00:00 302,94 70 21,01
01.08.2020 03:00:00 301,89 78 22,11
01.08.2020 04:00:00 301,44 83 22,95
01.08.2020 05:00:00 300,88 88 23,59
01.08.2020 06:00:00 300,58 88 23,21
01.08.2020 07:00:00 300,48 88 23,08
01.08.2020 08:00:00 300,25 88 22,79

Далее представлены совмещённые графики абсолютной влажности и ежедневных зарегистрированных случаев КОВИД-19 для нескольких населённых пунктов. Выбраны города с наибольшим числом случаев — с ожиданием, что эффект будет заметнее. На графиках видно, что вспышкам КОВИД-19 предшествует почти неделя пониженной абсолютной влажности.

Отдельно стоит отметить введение с 03.07.2020 во всём Техасе масочного режима. Однако снижения ежедневного числа случаев либо не заметно вовсе, либо может быть объяснено возвращением абсолютной влажностью к нормальному уровню.

Графики построены в табличном процессоре LibreOffice. Исходный файл доступен.

Хьюстон. Синяя линия — число зарегистрированных случаев в день (левая шкала), красная — абсолютная влажность (правая шкала, \(\text{г/м}^3\)):
Даллас. Синяя линия — число зарегистрированных случаев в день (левая шкала), красная — абсолютная влажность (правая шкала, \(\text{г/м}^3\)):
Бексар. Синяя линия — число зарегистрированных случаев в день (левая шкала), красная — абсолютная влажность (правая шкала, \(\text{г/м}^3\)):
Эль-Пасо. Синяя линия — число зарегистрированных случаев в день (левая шкала), красная — абсолютная влажность (правая шкала, \(\text{г/м}^3\)):