Ανάπτυξη ενός μοντέλου πρόβλεψης της χολέρας και εφαρμογές δημόσιας υγείας στην τηλεπισκόπηση.

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 18:37, 11 Φεβρουαρίου 2010

Ανάπτυξη ενός μοντέλου πρόβλεψης της χολέρας και εφαρμογές δημόσιας υγείας στην τηλεπισκόπηση.

Άρθρο 1: Climate and infectious disease: Use of remote sensing for detection of Vibrio cholerae by indirect measurement , Brad Lobitz, Louisa Beck, Anwar Huq, Byron Wood, George Fuchs, A. S. G. Faruque, Rita Colwell. Άρθρο 2: Public-health applications in remote sensing. William Sprigg, Stanley Morain, Goran Pejanovic, Amelia Budge,William Hudspeth, and Brian Barbari.

Τα κρούσματα χολέρας μπορούν να ξεκινήσουν όταν το Vibrio cholerae, το βακτήριο που προκαλεί τη χολέρα, είναι παρόν στο πόσιμο νερό σε επαρκή αριθμό για να αποτελέσει μολυσματική, αν καταναλωθεί από τον άνθρωπο. Εστίες που συνδέονται με την κατανάλωση ή την κολύμβηση σε ακάθαρτα νερά ποταμού ή υφάλμυρα νερά μπορεί άμεσα ή έμμεσα να εξαρτώνται από συνθήκες όπως η θερμοκρασία του νερού, η συγκέντρωση θρεπτικών ουσιών η παραγωγή πλαγκτόν που μπορεί να είναι ευνοϊκές για την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή του βακτηρίου. Αν και αυτές οι περιβαλλοντικές παράμετροι συνήθως μετρούνται με τη χρήση δειγμάτων νερού που συλλέγονται από πλοία, τα διαθέσιμα σύνολα δειγμάτων είναι αραιά και σπάνια. Επιπλέον, η μέθοδος αυτή είναι δαπανηρή και χρονοβόρα. Παρά το γεγονός ότι το βακτήριο, V. cholerae, δεν μπορεί να εντοπιστεί άμεσα, δεδομένα τηλεπισκόπησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να συμπεράνουμε την παρουσία του. Στη μελέτη που αναφέρεται εδώ δεδομένα τηλεπισκόπησης για τον κόλπο της Βεγγάλης συγκρίθηκαν άμεσα με δεδομένα που έχουν συλλεχθεί σε επεισόδιο χολέρας στο Μπαγκλαντές 1992-1995. Τα δεδομένα τηλεπισκόπησης περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία της θαλάσσιας επιφάνειας και το ύψος της θαλάσσιας επιφάνειας. Διαπιστώθηκε ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας παρουσιάζει έναν ετήσιο κύκλο παρόμοιο με τα δεδομένα του επιεσοδίου χολέρας. Το ύψος της θαλάσσιας επιφάνειας μπορεί να αποτελεί ένδειξη της εισβολή πλαγκτόν σε εσωτερικά ύδατα, όπως παλιρροϊκά ποτάμια, επειδή διαπιστώθηκε επίσης να σχετίζεται με κρούσματα χολέρας. Οι εκτεταμένες μελέτες κατά τη διάρκεια των τελευταίων 25 ετών σε συνδυασμό με τα πορίσματα της ανάλυσης των δορυφορικών δεδομένων, παρέχουν ισχυρές ενδείξεις ότι οι επιδημίες χολέρας συνδέονται με το κλίμα.

Επειδή το φυτοπλαγκτόν ωκεανού αποτελεί πηγή τροφίμων για το ζωοπλαγκτόν, τόσο φυτοπλαγκτόν όσο και το ζωοπλαγκτόν είναι συνδεδεμένα χωρικά και χρονικά. Η σχέση φυτοπλαγκτόν και ζωοπλαγκτόν μπορεί να ελεγχθεί με χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης, διότι οι συγκεντρώσεις φυτοπλαγκτού των ωκεανών μπορούν να εκτιμηθούν με τη χρήση τηλεπισκόπησης.

Δεδομένα Από το Διεθνές Κέντρο Έρευνας Διαρροϊκών Ασθενειών συγκεντρώθηκαν εβδομαδιαία στοιχεία για τα κρούσματα χολέρας στο Μπαγκλαντές για το διάστημα 1980-1995. Τα δεδομένα περιλαμβάνουν το ποσοστό που βγαίνει θετικό για χολέρα. Τα Δεδομένα τηλεπισκόπησης περιλαμβάνουν δεδομένα SST και SSH. Η SST χρησιμοποιήθηκε επειδή έχει σχέση με τη συγκέντρωση φυτοπλαγκτόν, ενώ η SSH χρησιμοποιήθηκε διότι μπορεί να σχετίζεται με την ανθρώπινη επαφή με το πλαγκτόν. Η θερμοκρασία των ωκεανών μετριέται με τη χρήση θερμικών-υπέρυθρων μήκων κύματος, έτσι ώστε η ποσότητα που μετράται να είναι η εκπεμπόμενη ακτινοβολία, δηλαδή, η θερμοκρασία της επιφάνειας. Πολύ – καναλικές (Multichannel) εκτιμήσεις SST υπολογίστηκαν από το συνδυασμό των δύο καναλιών της θερμοκρασίας περιβάλλοντος για την Εθνική Ωκεανογραφική και Ατμοσφαιρική Υπηρεσία (NOAA) του αισθητήρα Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) και αρχειοθετούνται σε αυτή τη μορφή. Στις SSH μετρήσεις, οι ανωμαλίες της θαλάσσιας επιφάνειας προέρχονταν από τη διαφοροποίηση μεταξύ διορθωμένων μετρήσεων υψομέτρου και τη μέση επιφάνεια του ωκεανού για 3 χρόνια. Δεδομένα SSH υπάρχουν διαθέσιμα για έναν κύκλο 10 ημερών από την Jet Propulsion Laboratory's TOPEX/Poseidon. Ο δορυφόρος απαιτεί 10 ημέρες για να ολοκληρώσει ένα παγκόσμιο κύκλο κάλυψης. Για τη χωρική ανάλυση ενός – βαθμού, τα στοιχεία είχαν την πιο αδρή χωρική ανάλυση όλων των στοιχείων που εξετάστηκαν. Ο TOPEX / Poseidon ξεκίνησε το Σεπτέμβριο του 1992, και πριν από την έναρξή του δεν ήταν διαθέσιμα δημόσια στοιχεία για το υψόμετρο των ωκεανών. Άλλοι δορυφόροι είναι πλέον διαθέσιμοι για την παροχή υψομετρικού ραντάρ όπως ο ERS-1 ,του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (που ξεκίνησε τον Ιούλιο, 1991) και ο ERS-2 (που ξεκίνησε τον Απρίλιο, 1995). Ο Αμερικάνικος δορυφόρος SeaStar (OrbView-2) που ξεκίνησε τον Αύγουστο του 1997, ο οποίος ασκεί την Sea-Viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWifs) που παρέχει τώρα συνολικές εκτιμήσεις της θαλάσσιας συγκέντρωσης χλωροφύλλης.

Σχήμα 1

Σχήμα 1: Εικόνα γκρίζας κλίμακα AVHRR από τις 26 Οκτωβρίου του 1992. Η κατά προσέγγιση θέση του SST και SSH σημείο δειγματοληψίας αναφέρεται ως ένα μαύρο τετράγωνο στην κάτω δεξιά.

Σχήμα 2

Σχήμα 2:Κόλπος της Βεγγάλης: Θερμοκρασίες Θαλάσσιας επιφάνειας για το 1993 (Α) και παράκτια Μπαγκλαντές: δεδομένα SST για 1989-1995 (Β) [NASA Jet Propulsion Laboratory Φυσικής Ωκεανογραφίας Distributed Active Archive Cente.

Σχήμα 3

Σχήμα 3: Κόλπος της Βεγγάλης: SSH μηνιαίες ανωμαλίες για το 1993 (Α) και παράκτια του Μπαγκλαντές: SSH για το 1992-1995 (Β) [Κέντρο Διαστημικών Ερευνών, του Πανεπιστημίου του Τέξας, Austin, TX.

Μεθοδολογία Για κάθε ημέρα του χρόνου, οι SST και SSH τιμές pixel από ένα σημείο στα ανοικτά των ακτών του Μπανγκλαντές (σχ. 1) που προέρχονται από τις εικόνες. SST δεδομένα είχαν εξεταστεί από 1989-1995 (σχ. 3) ενώ SSH δεδομένα υπήρχαν διαθέσιμα για τον Σεπτέμβριο, 1992-1995 (σχ. 4). Τα σημειακά δεδομένα αυτά συγκρίθηκαν με δεδομένα από την υπόθεση χολέρας με την υπέρθεση των σημειακών δεδομένων (σχ. 4) για την ανίχνευση μοτίβων. Ακολούθησαν στατιστικές αναλύσεις με αποτελέσματα που δείχνουν σημαντικές συσχετίσεις.

Σχήμα 4

Σχήμα 4: Περιπτώσεις Χολέρας (ενιαία γραμμή), SST (dashed), και SSH (διακεκομμένη) δεδομένα για τον Σεπτέμβριο, 1992-1995. Το 1994 και το 1995, οι περιπτώσεις χολέρας ακολούθησαν τον κύκλο των SST. Ωστόσο, την άνοιξη του 1993, SSH ήταν η χαμηλότερη για την περίοδο αυτή.

Τα δεδομένα SST έδειξε μια συνέπεια ετήσιου κύκλου, και το 1992, 1994 και 1995, τα κρούσματα χολέρας έδειξαν μια στατιστικά σημαντική συσχέτιση με αυτό τον κύκλο (Σχήμα 6). Η σχέση αυτή ήταν αναμενόμενη λόγω έξαρσης του πλαγκτόν το οποίο εξαρτάται από τις θερμές θερμοκρασίες των ωκεανών. Αν και άλλες μεταβλητές, όπως το θρεπτικό φορτίο ουσιών που σχετίζεται με τις επιφανειακές απορροές, ανάμειξη, η διαθεσιμότητα φωτός κλπ, μπορεί να σχετίζονται με την έξαρση πλαγκτόν, η σχέση μεταξύ SST και V. cholerae είναι πιο άμεση. Η καθυστέρηση μεταξύ του χρόνου αύξησης SST μέχρι οι περιπτώσεις χολέρας να αυξηθούν μπορεί να εξηγηθεί από την υποτιθέμενη ανταπόκριση του φυτοπλαγκτόν στην αύξηση της θερμοκρασίας και την μετέπειτα άνθιση του ζωοπλαγκτόν.

Επειδή μετρήσεις στον τομέα της βιομάζας πλαγκτόν δεν ήταν διαθέσιμες, αυτές οι αλληλεπιδράσεις δεν μπορούσαν να επαληθευτούν. Ωστόσο, μια μεγάλη μελέτη, που χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Υγείας, ξεκίνησε στα τέλη του 1996 που επέτρεψε να αποκτηθούν δεδομένα που απαιτούνται για μελλοντικές αναλύσεις. Για παράδειγμα, για την επαλήθευση της σύνδεσης μεταξύ των συνθηκών των ωκεανών και των επιδημιών χολέρας, οι συγκεντρώσεις πλαγκτόν και οι εκτιμήσεις βιομάζας τώρα συλλέγονται. Οι εκτιμήσεις συγκέντρωσης φυτοπλαγκτόν μπορούν να συναχθούν από τις συγκεντρώσεις χλωροφύλλης που υπολογίζονται από εικόνες με το χρώμα των ωκεανών, για παράδειγμα, που αποκτήθηκαν από SeaWifs. Η NASDA (Japanese Space Agency) Advanced Earth Observing Satellite (ADEOS), η οποία μεταφέρει τον Ocean Color and Temperature Scanner (OCTS), ξεκίνησε τον Αύγουστο του 1996, αλλάη ισχύ της απέτυχε τον Ιούνιο του 1997 εμποδίζοντας την απόκτηση των πρόσθετων στοιχείων συγκέντρωσης χλωροφύλλης. Παρόλο που δεδομένα τηλεπισκόπησης έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν τη συγκέντρωση χλωροφύλλης, χωρικά δεδομένα - τα στοιχεία του οικοπέδου (δειγματοληψία υδάτων επί του πλοίου), συμπίπτουν με τις εκτιμήσεις συγκέντρωσης χλωροφύλλης που προέρχονται από τηλεπισκόπηση, που συγκεντρώθηκαν για την ανάλυση των προοπτικών. Πεδίο μετρήσεων αποτελούν εκτιμήσεις των ειδικών βιομάζας πλαγκτόν (φυτοπλαγκτού και ζωοπλαγκτού) καθώς και η πληθώρα θρεπτικών συστατικών. Δοθέντος επαρκούς χρονικής ανάλυσης, οι εκτιμήσεις που προέρχονται από τηλεπισκόπηση, της συγκέντρωσης χλωροφύλλης (φυτοπλαγκτόν) σε συνδυασμό με μετρήσεις στον τομέα της αφθονίας ζωοπλαγκτού και της κυκλοφορίας τους θα χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση της γεωγραφική κατανομή του πλαγκτού και τη σύνδεση πλαγκτόν και V. cholerae από τα ωκεάνια ρεύματα. Με την επαλήθευση από πεδία μετρήσεων, η σχέση μεταξύ κρούσματα χολέρας και SST και SSH που προσδιορίζονται στην παρούσα μελέτη θα πρέπει να συνδυαστούν με μοντέλα κατανομής πλαγκτόν για την πρόβλεψη κρουσμάτων χολέρας. Ένα μοντέλο πρόβλεψης για χολέρα στον κόλπο της Βεγγάλης είναι υπό ανάπτυξη, καθώς και ένα παγκόσμιο μοντέλο είναι πλέον δυνατόν, μετά από τον κόλπο της Βεγγάλης το μοντέλο επεκτείνεται και σε άλλες περιοχές των κρουσμάτων χολέρας.