Βιομετεωρολογική και επιδημιολογική μελέτη των επιπτώσεων του ακραίου καιρού και της κλιματικής αλλαγής στην περιοχή του Ηνωμένου Βασιλείου

Abstract

Weather has been inextricably linked to human health and well-being, either directly or indirectly. Α large body of the international literature has associated exposure to high and low temperatures with increased morbidity and mortality primarily driven by cardiovascular and respiratory diseases. However, apart from ambient temperature, meteorological parameters such as relative humidity, wind speed, and atmospheric pressure are also known to play an important role in thermal sensation and, consequently, in the thermal stress experienced by the population. In light of a rapidly changing climate, and in order to handle future challenges, it is crucial to study and understand the relationship between weather conditions and public health. This thesis aims to explore this relationship focusing on the region of England which is known to be heavily afflicted by cold weather adverse health effects. Considering that the magnitude of thermal stress impact depends on several factors, including local climate and population characteristics, the nine regions of England were examined separately. In the first stage, the relationship between daily mortality and prevailing weather conditions in the nine regions was explored using the Lamb Weather Type synoptic classification and the PI sign-test. The population of England was found to be more vulnerable to low temperatures. Furthermore, it was demonstrated that the Easterly weather types pose the greatest risk to public health in the country. However, it is of note that the most hazardous synoptic conditions did not necessarily coincide with extreme thermal conditions. Next, the effect of thermal stress on mortality in the nine regions was investigated by applying Generalized Linear Models (GLM) in combination with Distributed Lag Non-linear Models (DLNM). For this purpose, air temperature and three selected easily calculated thermal indices were used as indicators. The performance of the models was assessed through multiple sensitivity analysis tests and the Akaike's information criterion (AIC) for overdispersed data. In all cases, a reverse J-shaped or a U-shaped exposure-response curve was found between thermal stress and mortality. In addition, the minimum mortality temperature ranged between the 90th and 93rd percentiles of each thermal distribution. Notably, although the highest mortality risk was estimated for exposure to extremely low temperatures, moderately low temperatures were found responsible for the highest burdens of mortality. Comparison of the results across the nine regions revealed that the population's susceptibility to non-optimum temperatures increased from North to South and from West to East, with the region of Greater London being afflicted the most. It is worth noting that the selection of thermal index did not significantly affect the results or the model performance.

Οι καιρικές συνθήκες είναι άρρηκτα συνδεδεμένες, άμεσα και έμμεσα, με την ανθρώπινη υγεία και ευημερία. Πληθώρα μελετών έχει επιβεβαιώσει ότι η έκθεση σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της νοσηρότητας και θνησιμότητας του πληθυσμού, κυρίως από καρδιαγγειακά και αναπνευστικά νοσήματα. Πέραν όμως της θερμοκρασίας, έχει παρατηρηθεί ότι και άλλες μετεωρολογικές παράμετροι, όπως η σχετική υγρασία, η ταχύτητα του ανέμου και η ατμοσφαιρική πίεση, επηρεάζουν τη θερμική αίσθηση και συνεπώς τη θερμική καταπόνηση του πληθυσμού. Υπό την απειλή ενός ταχέως μεταβαλλόμενου κλίματος, η μελέτη και η κατανόηση της σχέσης μεταξύ των καιρικών συνθηκών και της δημόσιας υγείας είναι καθοριστικής σημασίας ζήτημα για την καλύτερη δυνατή διαχείριση των προκλήσεων που επιφυλάσσει το μέλλον. Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί στη διερεύνηση αυτής της σχέσης, εστιάζοντας στην περιοχή της Αγγλίας, ο πληθυσμός της οποίας είναι γνωστό ότι πλήττεται έντονα από τις αρνητικές επιπτώσεις των χαμηλών θερμοκρασιών. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η σφοδρότητα των δυσμενών επιπτώσεων που επιφέρει η θερμική καταπόνηση εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων του κλίματος της περιοχής και των χαρακτηριστικών του πληθυσμού, εξετάστηκαν ξεχωριστά οι εννέα περιφέρειες της Αγγλίας. Στο πρώτο στάδιο, διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ της ημερήσιας θνησιμότητας και των καιρικών συνθηκών που επικρατούν στις εννέα περιφέρειες, χρησιμοποιώντας τη συνοπτική ταξινόμηση τύπων καιρού κατά Lamb και το στατιστικό τεστ προσημικού ελέγχου, ονόματι Δείκτης Απόδοσης, PI. Από τις αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν, βρέθηκε ότι ο πληθυσμός της Αγγλίας παρουσιάζει μεγαλύτερη ευπάθεια στις χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, βρέθηκε ότι οι Ανατολικοί τύποι καιρού είναι οι πιο επικίνδυνοι για τη δημόσια υγεία της χώρας. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι οι πιο επικίνδυνες συνοπτικές συνθήκες δεν βρέθηκαν να συμβαδίζουν απαραίτητα με την επικράτηση ακραίων θερμοκρασιακών συνθηκών. Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η επίδραση της θερμικής καταπόνησης στη θνησιμότητα του πληθυσμού των εννέα περιφερειών, εφαρμόζοντας γενικευμένα γραμμικά μοντέλα (Generalized Linear Model, GLM) σε συνδυασμό με μη γραμμικά μοντέλα κατανεμημένης υστέρησης (Distributed Lag Non-linear Model, DLNM). Για τον σκοπό αυτόν, χρησιμοποιήθηκαν ως μεταβλητές έκθεσης η θερμοκρασία του αέρα και τρεις επιλεγμένοι βιοκλιματικοί δείκτες οι οποίοι βασίζονται σε εύκολα μετρήσιμες μετεωρολογικές μεταβλητές. Η απόδοση των μοντέλων ελέγχθηκε με πολλαπλούς ελέγχους ευαισθησίας και το κριτήριο πληροφόρησης του Akaike (AIC) για δεδομένα με υπερδιασπορά. Σε όλες τις περιπτώσεις, βρέθηκε ότι η σχέση μεταξύ της θερμικής καταπόνησης και της θνησιμότητας αναπαρίσταται από καμπύλη της μορφής “U“ ή ανεστραμμένου “J”, με τη θερμοκρασία ελάχιστης θνησιμότητας να προσδιορίζεται μεταξύ του 90ου και 93ου εκατοστημόριου της κατανομής του εκάστοτε θερμικού δείκτη. Είναι αξιοσημείωτο ότι, ενώ ο υψηλότερος κίνδυνος θνησιμότητας υπολογίστηκε για έκθεση σε ακραία χαμηλές θερμοκρασίες, τα υψηλότερα φορτία θνησιμότητας αποδόθηκαν σε μέτρια χαμηλές θερμοκρασίες. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των εννέα περιφερειών, φάνηκε ότι η ευαισθησία του πληθυσμού της Αγγλίας στις μη βέλτιστες θερμοκρασίες αυξάνεται από τον Βορρά προς τον Νότο και από τα Δυτικά προς τα Ανατολικά, με τη μεγαλύτερη ευπάθεια να εντοπίζεται στην περιοχή του Μείζονος Λονδίνου. Αξίζει να αναφερθεί ότι η επιλογή του θερμικού δείκτη δεν μετέβαλε σημαντικά τα αποτελέσματα και την απόδοση των μοντέλων.