Вспышки КОВИД-19 в Техасе и влажность
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 Ps насыщенного водяного пара. Формула для вычисления давления (в Паскалях) насыщенного водяного пара при заданной температуре t (-30 °C < t < 35 °C) приведена в работе Bolton D. The Computation of Equivalent Potential Temperature (Вычисление эквивалентно-потенциальной температуры), Mon. Wea. Rev., 1980, 108(7): 1046–1053 (формула 10):
Согласно уравнению состояния идеального газа, плотность водяного пара, выраженная в г/м3, будет равна:
где R=8,314 Дж/(моль*К) — универсальная газовая постоянная, μ=18.02 г/моль — молярная масса воды, T= t + 273,15 — абсолютная температура к Кельвинах, 0 < hr < 1 — относительная влажность, h — она же в процентах. В таблице ниже приведены примеры расчёта для Хьюстона:
| Время | T, K | h, % | ρ, г/м3, |
|---|---|---|---|
| 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. Синяя линия — число зарегистрированных случаев в день (левая шкала), красная — абсолютная влажность (правая шкала, г/м3). 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.