Relationship Between SARS-CoV-2 Transmission and Season and Climate

Gao Hong ^1,2, Zhou Jiayao ^1,2, Zhang Jie ^1,2* 

1 Institute of Life Science, Jiyang College of Zhejiang A&F University, Zhuji, 311800

2 Cuixi Academy of Biotechnology, Zhuji, 311800

^* Corresponding author, jessi.j.zhang@foxmail.com

Abstract New coronavirus severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has been spreading and erupting worldwide in 2020. What is the impact on the new coronavirus itself and its transmission for seasonal changes and temperature and humidity changes? It has become an issue of great concern. Is the transmission of corona virus disease 2019 (COVID-19) affected by seasonal temperature changes? What are novel coronavirus and their transmission effects on temperature and humidity? In this study, we attempt to discuss the relationship between activity of SARS-CoV-2 and temperature, relationship between transmission of SARS-CoV-2 and temperature and humidity and the relationship between SARS-CoV-2 transmission and seasons in order to provide a theoretical basis for controlling the spread and communication of the new coronavirus SARS-CoV-2.

Keywords Corona virus disease 2019 (COVID-19); Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2); Seasonal transmission; Temperature and humidity changes

严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)自2019年末爆发以来，导致全球数以千万计的人感染，数以百万计的人因感染而产生的新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019, COVID-19)导致死亡(Li, 2020; Li and Zhong, 2020; Mason, 2020)。人类感染了SARS-CoV-2后常见体征有呼吸道症状、发热、咳嗽、气促和呼吸困难等，这些症状类似于严重的北美及欧洲的“流感”(Agyeman et al., 2020; Grant et al., 2020; Huang et al., 2020)。在较严重COVID-19病例中，SARS-CoV-2感染可导致肺炎、严重急性呼吸综合征、肾衰竭，甚至死亡，这些症状又非常接近于2003年发生的重症急性呼吸综合征(SARS)——“非典”。

因此，在SARS-CoV-2爆发和蔓延的初期，欧美国家大都认为是“大流感”而已，即将到来的温暖天气会减缓甚至阻止该疾病的传播。对于中国人而言，记忆犹新的是2002年爆发的“非典”疫情，同样是在冬季出现，但于2003年夏季结束，这似乎也意味着夏季和高温可能阻止SARS-CoV-2的传播。

随着2020年整个年度SARS-CoV-2在全球范围的持续传播和爆发，对于季节变迁、温湿度的变化，对新型冠状病毒本身及其传播有什么影响？成为了人们十分关注的问题。COVID-19的传播是否会受到季节性温度变化的影响？温度和湿度对新型冠状病毒本身及其传播有什么影响？

本研究试图通过分析新型冠状病毒活性与温度的关系、新型冠状病毒传播与温湿度的关系以及新型冠状病毒传播与季节的关系，探讨上述问题，以期为控制SARS-CoV-2传播和蔓延提供理论依据。

1新型冠状病毒活性与温度的关系

通常冠状病毒对热较为敏感，-60 ℃可保存数年，随着温度的升高，病毒的活性下降，在4 ℃的合适维持液中其活性为中等稳定，但必须达到92 ℃且超过15 h才能灭活病毒(Pastorino et al., 2020)。SARS-CoV-2在室温条件下，在不同体液、甚至物体表面均可存活2~10 d不等(Liu et al., 2020; Kampf et al., 2020)。温度主要影响病毒的生存时间，不会影响其传染能力。

当温度达到56 ℃以及30 min可有效灭活SARS-CoV-2。显然，用空调制热升高环境温度不可能达到灭活新型冠状病毒的效果，同样，暖气温度也达不到杀灭新型冠状病毒的效果。太阳的照射温度不能达到56 ℃，日照紫外线的强度也达不到紫外灯的强度，因此，太阳光和日照紫外线均不能达到灭活新型冠状病毒的效果(https://archive.today/20200316233945/http://www.nhc.gov.cn/yzygj/s7653p/202003/46c9294a7dfe4cef80dc7f5912eb1989.shtml)。

2新型冠状病毒传播与温湿度的关系

已有研究认为病毒传播效率随绝对湿度升高而降低。在2018年的一篇Science论文中采用的统计数据计算公式中，绝对湿度作为代表空气环境的关键参数出现，证实绝对湿度的显著影响(Dalziel et al., 2018)。

2019年的SARS-CoV-2疫情，尽管尚未有权威的关于新型冠状病毒传播与温、湿度影响的研究报告，但不妨用2002年底至2003年初的“非典”做参照。SARS冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus, SARS-CoV)疫情始于2002年冬季，而在次年初夏戛然而止，这与新型冠状病毒疫情从2019年年末爆发、夏季一直流行至2020年冬季严重反弹，形成鲜明的对比。

有一篇2011年的论文对SARS冠状病毒进行了实验，发现在典型的空调房环境下(温度22~25℃, 相对湿度40~50%)，SARS病毒在光滑表面上保持活性5 d以上。而在38 ℃，相对湿度95%时，病毒则很快失去活性(Chan et al., 2011)。该项研究明确指出，高温、高湿的影响可以解释为什么SARS疫情在湿热的印尼、泰国等并未大规模流行，以及在同样湿热的新加坡，只在高强度使用空调的医院和酒店里传播。也有学者研究了北京、广州等四个城市的爆发情况，指出SARS冠状病毒与温度有显著关联(Tan et al., 2005)。论文指出温度、湿度及风速是SARS传播的三个关键因素，该研究高度肯定了当时广州医院普遍打开门窗进行充分通风的做法，是一项有效的措施(Yuan et al., 2006)。

2013年有研究表明，中东呼吸系统综合征冠状病毒(respiratory syndrome coronavirus in the Middle East, MERS)无论是处于固体表面的液滴状态，还是气溶胶状态，都是在低温、低湿下可长期保持病毒活性，随着绝对湿度的增加，MERS活性显著降低(van Doremalen et al., 2013)。研究人员也对SARS病毒及MERS病毒以外的其他冠状病毒进行了直接测试，获得了类似的结论，即低温、低湿显著利于冠状病毒传播和存活(Kim et al., 2007; Casanova et al., 2010)。

2020年2月25日，中山大学的研究人员在预印本网站medRxiv上发布了一项研究报告，探讨了气温在SARS-CoV-2传播过程中的作用，并提出二者之间可能存在非线性剂量-反应关系，当达到某一温度时，病毒传播率最高，随后温度的上升或将抑制病毒的传播(Wang et al., 2020)。

综上所述，高温、高湿对多类流感和冠状病毒的传播和活性有明确的抑制作用。这显然与SARS-CoV-2疫情在全球全年度流行有明显的相悖。

3新型冠状病毒传播与季节的关系

3.1新型冠状病毒不是“季节性”病毒

根据在《公共科学图书馆·病原体》发表的一篇文章，所有传染病都可能是季节性的，尽管存在差异，但都有一个共同点：随着季节的变化，它们会上升和下降(Lipsitch and Viboud, 2009)。因此，我们大多数人都会有这样一种观点：随着气温的上升，季节性的因素将放缓新型冠状病毒在全世界的传播。

众所周知，流感、咳嗽、普通感冒等呼吸道感染存在着季节性的消长关系，这使得疾控中心以及流行病专家对流感类病毒比较容易预测和预防(Lipsitch and Viboud, 2009)。

2019年的SARS-CoV-2疫情爆发伊始，一些传染病专家，尤其是广大的公众都希望SARS-CoV-2能像2003年的“非典”病毒一样，能在次年初夏戛然而止，消失的无影无踪。但事与愿违，SARS-CoV-2在2020年肆虐了整整一年。

英国东英吉利大学的传染病学专家保罗·亨特说：“我们只能同以相似方式传播的其他疾病作比较”，某些环境因素也可能帮助SARS-CoV-2传播。寒冷天气、湿度和人们在冬季的行为方式都可能影响SARS-CoV-2疾病的流行轨迹(Steel et al., 2011)。

布朗大学的流行病的一位专家表示：依靠季节性因素来遏制流行病可能是一条危险的思路，季节性因素有可能降低感染率，但单凭这一因素，世界还无法接近解决疫情，更为重要的是要依赖于人们的防治措施，从而减缓传播速度。

3.2冬季会加速呼吸道疾病的传播

新冠肺炎在内的很多呼吸道感染都通过飞沫传播。这些飞沫是感染者咳嗽或打喷嚏时释放的。专家说，当空气寒冷干燥时，这些飞沫更有可能在空气中漂浮较长时间，从而传得更远，感染更多人。在冬季，人们更容易待在室内并聚集起来。这增加了感染风险。

英国雷丁大学的细胞微生物学家西蒙·克拉克说：“人们认定寒冷天气会导致咳嗽、感冒和流感的传播，其原因在于，寒冷空气会刺激鼻腔和呼吸道，这让我们更容易受到病毒感染”。

3.3春季无助于控制新冠肺炎

2003年的“非典”病毒在次年初夏戛然而止，这给全世界许多国家的政客一个错误的信号，认为2019年的SARS-CoV-2疫情在2020年的夏季就能“不治自愈”，由此导致许多国家的SARS-CoV-2疫情失控，这以美国最为典型。

通常，流感类病毒病，在初夏会出现一个间歇期，尤其是在北半球的夏季流感类病毒病常常可能大量减少。SARS-CoV-2疫情恰恰是一个完全的例外，它在夏季并没有消失，到了冬季再度出现反弹，这在英国表现的特别明显，即使是在全球SARS-CoV-2疫情防控做的最为完美的中国，也出现的十分明显的疫情反弹。

4结束语

COVID-19的传播方式确实流感相似，都会导致典型的轻微呼吸道疾病，并发展成危及生命的严重肺炎。但COVID-19的传播率和严重程度远高于流感，2020年整年在全球范围内流行，很显然，人们不能确定COVID-19的传播是否会受到季节性温度变化的影响。

对于流感来说，春夏季的到来，随着气温的回升，会自然导致病例数量的显著下降，直到夏末秋初疫情结束。这种流感的季节性被认为是由病毒对不同气候的敏感性以及人类免疫系统和行为模式的季节性变化引起的。

流感的季节性消长，其原因可能有三个方面，第一，流感病毒在寒冷、干燥、紫外线减弱的天气中存活得更好；第二，对人类而言，许多人在较短的冬季会导致维生素D和褪黑激素水平降低，从而影响人类自身的免疫系统的功能；第三，在冬天，人类有更多的时间待在室内并和其他人更密切的接触，进一步增加了病毒传播的机会。

迄今为止，尚不能定论温度和湿度对SARS-CoV-2本身及其传播有什么影响，但可以肯定的是其他一些冠状病毒是季节性的。如2002~2003年的“非典”，始于北半球冬季，结束于2003年的夏季。多数学者研究认为，“非典”病例在5月份达到高峰，7月份疫情结束可能只是反映了病毒遏制所需的时间，而不是夏季天气对病毒传播的影响。

同样的，2009~2010年流感病毒大流行，始于春季，在春季和夏季流感病毒传播和流行强度增加，在随后的秋冬季达到高峰。显而易见，在大流行病中，病毒在整个夏季能够持续的传播和蔓延。因此，越来越暖和的天气可能会减少北半球的病毒传播，但不太可能结束这一日益严重的流行病。

总而言之，对于病毒与气候的关系尚没有明确的结论，新冠病毒在全球的持续蔓延，对于新冠病毒与气候的关系，与季节的关系，需要进行长期的观察和分析，这对病毒性大流行病的控制和预防是十分重要的研究焦点和公众关注的热点。

作者贡献

高虹是本研究的执行人，负责数据分析和初稿写作；张洁是本研究的负责人，负责文章修改和校对；周佳瑶参与数据整理。全体作者都阅读并同意最终的文本。

致谢

本研究由海南省生物工程协会《新冠肺炎的临床研究与管控策略》专项基金(项目编号20200124)资助出版。

参考文献

Agyeman A.A., Chin K.L., Landersdorfer C.B., Liew D., and Ofori-Asenso R., 2020, Smell and taste dysfunction in patients With COVID-19: A systematic review and Meta-analysis, Mayo Clinic Proceedings, 95(8): 1621-1631.

https://doi.org/10.1016/j.mayocp.2020.05.030

PMid:32753137 PMCid:PMC7275152

Casanova L.M., Jeon S., Rutala W.A., Weber D.J., and Sobsey M.D., 2010, Effects of air temperature and relative humidity on coronavirus survival on surfaces, Applied and Environmental Microbiology, 76(9): 2712-2717.

https://doi.org/10.1128/AEM.02291-09

PMid:20228108 PMCid:PMC2863430

Chan K.H., Peiris J.S.M., Lam S.Y., Poon L.L.M., Yuen K., and Seto W.H., 2011, The effects of temperature and relative humidity on the viability of the SARS Coronavirus, Advances in Virology, 2011(7): 734690.

https://doi.org/10.1155/2011/734690

PMid:22312351 PMCid:PMC3265313

Dalziel B.D., Kissler S., Gog J.R., Viboud C., Bjørnstad O.N., Metcalf C.J.E., and Grenfell B.T., 2018, Urbanization and humidity shape the intensity of influenza epidemics in U.S. cities, Science, 362(6410): 75-79.

https://doi.org/10.1126/science.aat6030

PMid:30287659 PMCid:PMC6510303

Grant M.C., Geoghegan L., Arbyn M., Mohammed Z., McGuinness L., Clarke E.L., and Wade R.G., 2020, The prevalence of symptoms in 24,410 adults infected by the novel coronavirus (SARS-CoV-2; COVID-19): A systematic review and meta-analysis of 148 studies from 9 countries, PLoS ONE, 15(6): e0234765.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0234765

PMid:32574165 PMCid:PMC7310678

Huang C.L., Wang Y.M., Li X.W., Ren L.L., Zhao J.P., Hu Y., Zhang L., Fan G.H., Xu J.Y., Gu X.Y., Cheng Z.S., Yu T., Xia J.A., Wei Y., Wu W.J., Xie X.L., Yin W., Li H., Liu M., Xiao Y., Gao H., Guo L., Xie J.G., Wang G.F., Jiang R.M., Gao Z.C., Jin Q., Wang J.W., and Cao B., 2020, Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China, Lancet, 10223(395): 497-506.

https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30183-5

PMid:31986264

Kampf G., Todt D., Pfaender S., and Steinmann E., 2020, Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents, Journal of Hospital Infection, 104(3): 246-251.

https://doi.org/10.1016/j.jhin.2020.01.022

PMid:32035997 PMCid:PMC7132493

Kim S.W., Ramakrishnan M.A., Raynor P.C., and Goyal S.M., 2007, Effects of humidity and other factors on the generation and sampling of a coronavirus aerosol, Aerobiologia, 23(4): 239-248.

https://doi.org/10.1007/s10453-007-9068-9

PMid:32214623 PMCid:PMC7087841

Li J.H., 2020, Novel coronavirus naming from unknown Pneumonia to Covid-19, International Journal of Clinical Case Reports, 10(4): 1-3.

Li M.M., and Zhong J.L., 2020, Intervention and curative effect of Chinese patent medications in the clinical treatment of COVID-19, International Journal of Clinical Case Reports, 10(1): 1-2.

Lipsitch M., and Viboud C., 2009, Influenza seasonality: Lifting the fog, Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(10): 3645-3646.

https://doi.org/10.1073/pnas.0900933106

PMid:19276125 PMCid:PMC2656132

Liu Y., Ning Z., Chen Y., Guo M., Liu Y.L., Gali N.K., Sun L., Duan Y., Cai J., Westerdahl D., Liu X.L., Ho K.F., Kan H.D., Fu Q.Y., and Lan K., 2020, Aerodynamic characteristics and RNA concentration of SARS-CoV-2 Aerosol in Wuhan Hospitals during COVID-19 Outbreak, bioRxiv.

https://doi.org/10.1101/2020.03.08.982637

Mason J., 2020, SARS-CoV-2 is a Super Virus, International Journal of Super Species Research, 10(1): 1-2.

https://doi.org/10.5376/ijssr.2020.10.0001

Pastorino B., Touret F., Gilles M., Lamballerie X.D., and Charrel R.N., 2020, Evaluation of heating and chemical protocols for inactivating SARS-CoV-2, bioRxiv.

https://doi.org/10.1101/2020.04.11.036855

Steel J., Palese P., and Lowen A.C., 2011, Transmission of a 2009 Pandemic influenza virus shows a sensitivity to temperature and humidity similar to that of an H3N2 seasonal strain, Journal of Virology, 85(3): 1400-1402.

https://doi.org/10.1128/JVI.02186-10

PMid:21084485 PMCid:PMC3020521

Tan J., Mu L., Huang J., Yu S., Chen B., and Yin J., 2005, An initial investigation of the association between the SARS outbreak and weather: with the view of the environmental temperature and its variation, Journal of Epidemiology and Community Health, 59(3): 186-192.

https://doi.org/10.1136/jech.2004.020180

PMid:15709076 PMCid:PMC1733040

van Doremalen N., Bushmaker T., and Munster V.J., 2013, Stability of Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) under different environmental conditions, Eurosurveillance, 18(38): 20590.

https://doi.org/10.2807/1560-7917.ES2013.18.38.20590

PMid:24084338

Wang M., Jiang A.L., Gong L.J., Luo L.N., and Li H.Y., 2020, Estimation of the epidemic properties of the 2019 novel coronavirus: A mathematical modeling study, medRxiv.

Yuan J., Yun H., Lan W., Wang W., Sullivan S.G., Jia S., and Bittles A.H., 2006, A climatologic investigation of the SARS-CoV outbreak in Beijing, China, American Journal of Infection Control, 34(4): 234-236.

https://doi.org/10.1016/j.ajic.2005.12.006

PMid:16679182 PMCid:PMC7115332