美国东北部虎蚊活动范围的预计增长(2013年)

2美国宾夕法尼亚州哈里斯堡，宾夕法尼亚州环境保护部病媒管理司，

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亚洲虎蚊白纹伊蚊(Aedes albopictus(Skuse))是一种入侵物种，具有大量的叮咬活动，具有很高的病媒潜力，并且在全球范围内的分布还在继续扩大。新泽西州、纽约州南部和宾夕法尼亚州目前是已建立的Ae的最北边界。美国东部的白纹伊蚊种群。利用这些地区的有利地理位置，我们模拟了Ae未来潜在的射程扩展。在两种气候变化情景下美国东北部的白纹伊蚊。具有适宜Ae的环境条件的土地面积。白纹伊蚊的数量预计将在未来20年内从目前的5%增加到16%，到本世纪末将增加到43%-49%。目前，在美国东北部5500万总人口中，约有三分之一居住在安大略省的城市地区。出现了白纹伊蚊。据预测，到本世纪末，这一数字将翻一番，达到约60%，涵盖所有主要城市中心，并使超过3000万人面临密集的禽流感的威胁。白纹伊蚊的侵扰。这种蚊子种类给公共卫生机构带来了独特的挑战，并且已经使可用于蚊子控制项目的资源在目前的范围内变得紧张起来。随着它继续扩展到资源较少和有组织的蚊子控制有限的地区，这些挑战将进一步加剧。预测潜在的建立区域，同时提前规划并收集足够的资源，将是成功开展公共卫生运动的关键。需要在各级政府和私营部门在社区卫生和教育方面作出广泛努力，直到开发出新的控制技术，这些技术可以以合理的费用在很大范围内有效和有效地应用于非常大的地区。

蚊子是影响全球人类健康的唯一最重要的节肢动物分类群，也是导致地方性或外来疾病传播的最多产的入侵物种之一。亚洲虎蚊白纹伊蚊(Aedes albopictus(Skuse))是一种高度入侵的集装箱栖息物种，现已从其原产地广泛分布于东南亚，现已在除南极洲以外的所有大洲都有分布。在其扩大范围的许多部分，该物种被认为是重新出现的节肢动物传播病毒的重要媒介，如基孔肯雅病毒、登革热和西尼罗河病毒(WNV)。最近在印度洋盆地爆发和重新出现的基孔肯雅热主要是由禽流感推动的。白纹伊蚊并归因于一种病毒突变，该突变提高了该物种的媒介能力和传播效率。当地建立的Ae使意大利北部和法国东南部温带的基孔肯雅病以及法国和克罗地亚的登革热的本土传播成为可能。白纹伊蚊种群。类似地，Ae.。白纹伊蚊与中部非洲基孔肯雅热和登革热的死灰复燃有关。

在北美，伊利诺伊州。白纹伊蚊是西尼罗病毒最有效的桥接载体之一。除了传播外来虫媒病毒外，该物种还可以在实验室和野外传播地方性东部马脑炎和La Crosse病毒-创造了原产于北美的蚊媒疾病死灰复燃的可能性。由于本种通常与人类居住和城市化环境有关，因此高Ae。由于严重的人类叮咬活动，白纹伊蚊种群在世界许多地区代表着一个重要的公共卫生问题。

自从1985年亚洲虎蚊首次在德克萨斯州定居以来，这种蚊子非同寻常的入侵倾向和对公共卫生的重要意义在美国引起了极大的关注。在介绍之后，Ae.。白纹伊蚊已经蔓延到36个州，而且范围还在继续扩大。目前，Ae.。白纹伊蚊到达美国东北部的最北边界，在新泽西州、纽约南部(长岛)和宾夕法尼亚州的部分地区有固定种群(图1)。冬季温度可能是阻止其进一步向北扩展的最重要因素-冬季降水可能是一个缓和因素。以前的全球模拟研究已经预测了在当前气候条件下，这种物种在美国东北部的分布范围[24]。这些方法分辨率较低，对区域或地方一级的规划用处较小。此外，全球气候变化预计将影响全球气候变化。

白纹伊蚊成虫是在三个州(宾夕法尼亚州、新泽西州、纽约州)采集的，覆盖了美国东北部大部分已知的白纹伊蚊地理范围。2001-2011年在宾夕法尼亚州，2002-2011年在新泽西州，2004-2011年在纽约长岛萨福克县(第一次发现)，主要使用疾控中心微型灯光诱捕器和妊娠诱捕器，辅之以其他方法(吸入法、蚊子磁铁、BG哨兵诱捕器、尊巴诱捕器)进行收集。监视数据库总共包含11,632个Ae。白纹伊蚊存在记录，具有5361个独特的地理位置(补充表S1)。对于所有位置，Ae.。白纹伊蚊在任何时间出现在圈闭中都被映射到原生的WorldClim 30角秒(约1×1公里)网格。在纽约市及其北郊和东郊、康涅狄格州南部以及与世隔绝的新英格兰南部地区收集到本种的其他已知地点没有包括在模型开发中，但对模型验证有用。

使用Maxent v3.3.3k进行统计建模，这是一种机器学习算法，用于对仅根据存在数据和环境变量估计的物种分布进行建模[27]，[28]。因此，它特别适合于蚊子监测，因为这些记录通常代表可靠的存在，但只代表特定蚊子物种的不可靠的缺失数据。除了对当前物种分布进行建模外，Maxent还内置了使用MESS分析工具使用两组环境变量来预测未来范围的功能[28]。当前的环境条件生成模型，然后使用一组改变后的环境变量来预测未来的变化。

与其他可用的算法相比，Maxent的性能始终名列前茅[29]。然而，当被用来预测气候上适合非本土物种入侵的地区时，Maxent被发现对模型参数的选择过于敏感，模型过度拟合、多重共线性和数据疏导(即使用大量的环境层)对预测的准确性产生了负面影响。针对这些统计问题，提出了一种基于Akaike信息准则(AICC)的模型选择方法。使用ENMTools v1.3软件对Maxent生成的不同模型进行比较分析[32]。

本研究的建模分两步进行。第一个模型是用少量的先验定义和最佳拟合的气候变量创建的，以避免数据挖掘。具体地说，冬季温度和降水是限制Ae的最关键的气候因子。白纹伊蚊在美国东北部和其他接近其最北边界分布的地区的丰度和分布[21]，然后景观变量被输入到模型中，如果拟合优度提高，则保留这些变量。之所以选择海拔，是因为它定义了不同的气候条件，并为扩散提供了物理障碍。选择土地利用/覆被(LUC)是因为Ae。白纹伊蚊在美国东北部的城市化环境中达到最高密度[21]。

使用最小凸多边形(MCP，)来定义Ae的区域。白纹伊蚊的存在涵盖了该物种目前的大部分地理分布，并具有良好的监测覆盖率(图1)。基于坐标的位置支持以最高分辨率(30角秒或约30角秒)精细的地理比例进行分析。1×1 km)，相当于Ae的有限飞行距离(<；1 km)。白纹伊蚊。MCP MaxEnt模型运行了25次，每次保留不同的10%的地点来估计参数和精度。然后将模型投影到基线和三个未来气候条件(2020年代、2020年代和2020年代)，以确定适合Ae的区域。白纹伊蚊。利用AICC对模型过拟合保护(即增加正则化参数)进行了探索。使用默认的MaxEntauto特征设置(线性、二次、乘积、阈值和铰链)。

除了≥、BIO3和BIO8之外，WorldClim温度变量(BIO1-BIO11；表1)彼此高度相关(|r|BIO20.86ENMTools)。为了避免多重共线性和数据挖掘，根据关联强度和以前的研究，选择了BiO2、BIO3、BIO8和BIO11(详见表1)纳入模型[21]，。降水变量(表1)高度相关(|r|≥0.85ENMTools)。考虑到冬季降水(即积雪)和降水规律(即干/湿期)的重要性，初始模型中包含了Bio15、Bio16、Bio17、Bio18、Bio19和Jan_PCP(详见表1)。使用AICC(ENMTools)进行模型选择，得到包含BIO11和BIO19的最佳模型和次佳模型CON

在B2和A2CO2排放情景下，当前Ae的显著扩张。预测了2010-2039年白纹伊蚊的范围(图2A，B：2020s)。在这两种情况下，适宜的射程领土将增加三倍，从整个美国东北部的5%增加到16%。最大的扩张将发生在新英格兰南部，预计该物种将占据康涅狄格州、罗德岛和马萨诸塞州东部的大片地区，包括波士顿大都市区(POP)的主要城市中心。410万)，康涅狄格州哈福德-沃特伯里(PO.。1.1M)，普罗维登斯，RI(POP。930,000)，布里奇波特-斯坦福德，康涅狄格州(PO.。88万)，康涅狄格州纽黑文(PO.。56万)和马萨诸塞州巴恩斯特镇(PO.。250,000)。在纽约、新泽西和宾夕法尼亚，合适的条件将从北向西北扩展，包括整个大都市纽约市、匹兹堡大都会地区、宾夕法尼亚州(POP。170万)和Allentown(流行。630,000)，宾夕法尼亚州斯克兰顿(PO.。38万人)。在宾夕法尼亚州伊利市的伊利湖南岸也有合适的栖息地。20万)和纽约州布法罗的部分地区(POP.。936,000人)。

本世纪中后期的模型产出在空间范围上略有不同，但显示出相似的减速扩张趋势。中等CO2排放模型B2预测了适宜的Ae。白纹伊蚊的分布范围在2040-2069年扩大到总面积的27%(图2A：2050)，最引人注目的是沿着伊利湖和安大略省的海岸进入纽约的城市中心布法罗、罗切斯特(POP。720,000)和锡拉丘兹(POP.。412,000人)。合适的条件将在2070-2099年进一步扩大，包括美国东北部总面积的43%，特别是在宾夕法尼亚州西部和纽约的农村地区(图2A：2080)。在爱荷华州的新英格兰。据预测，白纹伊蚊的分布区将延伸到新汉普郡(多佛-罗切斯特-朴茨茅斯，POP)。150,000)和缅因州南部(波特兰，PO.。204,000)沿海岸，更内陆的康涅狄格州和马萨诸塞州(斯普林菲尔德，流行。531,000；POP.伍斯特。453,000)和纽约(奥尔巴尼，PO.。595,000人；流行的宾厄姆顿(Binghamton)。155,000)。

在CO2排放较高的A2模式下，也会发生类似的变化，但速度更快。到本世纪中叶(2040-2069年)，A2模式下的白纹伊蚊分布区将扩大到美国东北部总面积的32%(图2B：2050)。在20世纪50年代，许多在A2模式下被认为是适宜的地区在B2模式下也被预测为适合，但后来在20世纪80年代(图2A：2080)。适宜的气候条件将存在于宾夕法尼亚州西部和纽约的大片地区，布法罗、罗切斯特、锡拉丘兹的五大湖沿岸，以及包括奥尔巴尼在内的哈德逊河谷下游。在新英格兰，范围将在马萨诸塞州东部和中部扩大，并将沿海的新罕布夏州扩大到缅因州南部的沿海地区。在2070-2099年的A2模式下，适宜的范围将占东北地区总面积的近一半(49%)，延伸到马萨诸塞州的大部分地区和佛蒙特州的最南端，更内陆的新罕布夏州和广泛的缅因州沿海地区。在纽约，哈德逊和莫霍克山谷将进一步扩张。因此，在A2模型下，Ae.。据预测，到21世纪末，白纹伊蚊将出现在美国东北部的所有主要城市中心和除最北部的城市地区之外的所有地区。

气候因素可能是Ae范围的主要制约因素。白纹伊蚊向北扩展。已有多项研究证实了Ae不能滞育。白纹伊蚊的卵可以在冬季的极端寒冷温度下生存。实验室条件下，温带Ae.。白纹伊蚊卵的长期存活阈值在北美接近-12°C，在欧洲接近10°C，暴露时间长达24小时。这些阈值低于首次用于模拟Ae的−5°C一月份等温线。基于亚洲本土温带地区的北美白纹伊蚊分布。这种差异并不令人惊讶，因为Ae。白纹伊蚊在入侵地区的生态位发生了变化，使得使用原始范围的预测不那么准确[24]。在我们的研究中，平均冬季气温导致的模型拟合优度略好于最冷月份(1月)的最低气温，这与最低气温高度相关(Pearson‘s r = 0.99)。1月最低气温的切换平均冬季在−9°C(大致对应于−2)以下显示零出现概率。

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