Kausivaihtelun vaikutus koronavirusepidemiaan Suomessa

Jokainen Suomessa tietää, että erilaiset flunssat leviävät syksyllä ja talvella mutta jotakuinkin katoavat kesällä (THL). Hyvin harva tietää, että vasta vuonna 2007 ilmankosteuden vaikutus influenssan kausiluonteisuuteen saatiin kontrolloidusti tutkittua marsujen avulla (Lowen et al). Karkeasti lämpimässä ja kosteassa ilmassa influenssa ei leviä lainkaan ja myös kylmässä tarttuvuusluku helposti puolittuu ilmankosteuden noustessa.

• Ilmankosteuden muutos voi puolittaa tai kaksinkertaistaa koronaviruksen tarttuvuusluvun ja vaikuttaa merkittävästi epidemian leviämiseen

Aihe nousi mieleeni kun luin läpi THL:n tuoreimpien 14.12.2020 esiteltyjen ennusteiden matlab-koodit ja kuuntelin aiheesta pidetyn podcastin. THL:n matemaatikko ihmettelee podcastissa miksi tarttuvuusluku laski edelleen 2020 touko-kesäkuussa, vaikka sosiaaliset kontaktit lisääntyivät. THL:n koronaviruksen leviämistä kuvaavassa ennustemallissa ilmankosteutta ei ole mukana. Mikäli koronavirus käyttäytyy lainkaan samaan tapaan kuin kausi-influessa, tämä on merkittävä puute laskentamallissa.

Päähypoteesini tässä tekstissä on, että ilmankosteuden muutos voi helposti puolittaa tai kaksinkertaistaa koronaviruksen tarttuvuusluvun ja vaikuttaa merkittävästi epidemian leviämiseen.

Voiko ilmankosteuden yhteyttä koronavirusapidemiaan tutkia? 

Moni on esittänyt oletuksia ilmankosteuden yhteydestä koronaviruksen tarttuvuuslukuun, mutta en löytänyt asiasta yhtään suomenkielistä julkaisua numeroiden kanssa. Nopealla vilkaisulla ilmatieteenlaitoksen mittausasemien ilmankosteuslukemat eivät korreloi vahvasti havaittujen koronavirustartuntojen kanssa. Tässä unohtuu kuitenkin nopeasti kaksi asiaa.

Ilmankosteudella on merkitystä ihmisten kohtaamistilanteissa sisällä

Kohdatessa ulkoilmassa koronaviruksen tarttuvuusluku on noin 10-20 kertaa pienempi kuin sisätiloissa. Kohdatessa ulkoilmassa ilmankosteudella on siis huomattavasti pienempi merkitys kuin sisätiloissa.

Etenkin kylmällä ihmiset usein tapaavat sisätiloissa joten ulkona havaittu kosteusprosentti on erilainen kuin sisällä. Esimerkiksi ulkona nollan Celius-asteen 100% ilmankosteus on sisällä 22 Celsius-asteessa vain 25%. Sisätilojen ilmankosteustietoja ei ole laajamittaisesti saatavilla, joten meidän pitää laskea arvio miten ilmankosteus muuttuu ulkomittauspisteistä sisätiloihin tultaessa. Kyseessä on melko helppo neljännen asteen yhtälö.

Ilmankosteuden yhteys tarttuvuuslukuun ei ole lineaarinen

Ilmankosteuden yhteys tavallisen influenssan leviämiseen on kiistaton mutta yhteyden voimakkuudessa on epävarmuuksia (Lowen et al). Kokeissa lämpimässä ja kosteassa influenssan tarttuvuusluku putosi käytännössä nollaan ja eri kokeissa tulokset hieman vaihtelevat. Yhteys ilmankosteuden ja tarttuvuusluvun välillä ei ole lineaarinen. Jos oletamme että samantapainen yhteys on myös koronaviruksen kohdalla niin epävarmuudet lisääntyvät.

Löytyykö ilmakosteudesta yhteyttä influenssakausien ajoittumiseen 2015-2019? Poimin tähän blogiin näytteeksi ilmantieteenlaitoksen avoimesta rajapinnasta ilman lämpötilan ja ilmankosteuden Helsingistä vuosilta 2015-2020 tuntitasolla. Lisäsin aineistoon arvion sisätilan ilmankosteudesta yllä mainittuihin fysiikan yhtälöihin nojaten. Poimin kausi-influenssan esiintymismäärät kuukausitasolla THL:n avoimesta rajapinnasta.

Tämän aineiston perusteella kun laskennallinen sisäilman kosteus nousee yli 40% niin influenssa käytännössä pysähtyy. Toisaalta jos laskennallinen ilmankosteus laskee alle 30% tai etenkin alle 20% niin influenssakausi leviää nopeammin. Alla vielä samat aikasarjat eroteltu vuositasoilla.

Miten on koronan kanssa?

Alla olevassa kuvassa kevään 2020 maalis-kesäkuun ilmankosteus ulkona ja sisällä (harmaa), lämpötila ja varmistetut koronavirustartunnat.

Tämän laskelman mukaan ilmankosteus sisätiloissa vaihteli maalis-huhtikuussa 20-40% välillä ja nousi touko-kesäkuussa 40-60% välille. Rajoitustoimet olivat Suomessa tiukimmillaan maalis-huhtikuussa ja niitä höllennettiin touko-kesäkuussa. Epidemia painui lähes nolliin kesäkuun aikana lisääntyneestä sosiaalisuudesta huolimatta.

Tutkitaan vastaavaa dataa Helsingistä loka-joulukuusta 2020. Ilmankosteus pysyy lokakuussa pääosin 40-60% välillä sisätiloissa ja laskee 20-40% välille marras-joulukuussa. Sosiaalisten kontaktien rajoitustoimissa tapahtuu syksyllä muutoksia etenkin marraskuun jälkipuoliskolla.

Mitä tästä voidaan päätellä? Uskon että ilmankosteus oli merkittävä tekijä kun epidemia painui alkukesästä 2020 lähes nolliin. Lisäksi uskon että ilmankosteus oli yhtenä tekijänä mukana marraskuun alun koronavirusepidemian nousuvaiheessa. Myös sosiaalisissa kontakteissa tapahtui jonkin verran muutoksia esimerkiksi isänpäivän osuessa marraskuun alkuun.

Aiheesta on paljon samansuuntaista näyttöä joista esimerkkinä yli 500 artikkelia kattanut analyysi. Yleisesti kausaaliväitteiden perustelu on monimutkainen asia mutta mielestäni on varmaa, että ilmankosteus vaikuttaa koronaviruksen epidemian leviämiseen. 

Aihetta koskeva Twitter-ketju.