Вспышки КОВИД-19 летом 2020 года в Техасе

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 и другие.

Абсолютная влажность характеризуется плотностью паров воды, которая зависит от температуры и относительной влажности. Для вычисления абсолютной влажности необходимо также знать давление \(P_s\) насыщенного водяного пара. Одна из формул 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 \[\rho = \frac{\mu P}{RT} = \frac{\mu h_{r}P_{s}}{RT} = \frac{13{,}25\cdot{}h}{t+273{,}15}\exp\left(\frac{17{,}67\cdot{}t}{t+243{,}5}\right),\] 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 в Кельвинах, \(0\leqslant h_r \leqslant 1\) — относительная влажность, \(h\) — она же в процентах. В таблице примеры расчёта:

Далее представлены совмещённые графики абсолютной влажности (медианные значения в течение дня) 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. Графики построены в табличном процессоре LibreOffice. Исходный файл доступен.

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.