COVID-19
UNIC Coronavirus Health and Research Portal
On Seasonality and Transmission Dynamics
Talib Dbouk and Dimitris Drikakis
University of Nicosia, Nicosia, Cyprus
Epidemic models do not account for the effects of climate conditions on the transmission dynamics of viruses. This study presents the vital relationship between weather seasonality, airborne virus transmission, and pandemic outbreaks over a whole year.
Using the data obtained from high-fidelity multi-phase, fluid dynamics simulations, we calculate the concentration rate of Coronavirus particles in contaminated saliva droplets and use it to derive a new Airborne Infection Rate (AIR) index.
Then, combining the simplest form of an epidemiological model, the susceptible–infected–recovered, and the AIR index, we show through data evidence how weather seasonality induces two outbreaks per year, as it is observed with the COVID-19 pandemic worldwide.
This study explains how pandemic outbreaks are associated with temperature, relative humidity, and wind speed changes independently of the particular season. For that reason, we propose that epidemiological models must incorporate climate effects to predict the pandemic curves behavior on a long-term basis.
Figure 1
An innovative scaling of the virus concentration rate (CR) with temperature (T), relative humidity (RH)) and wind speed (U). The solid square symbols represent the data points from the simulations. The lines (dashed, dotted-dashed, and solid) represent the single model predictions, which were found to fit all the data points very accurately. The two black solid lines are the maximum and minimum boundary limits for the range of data used to produce the results, (0 °C ≤ T ≤ 40 °C), (10% ≤ RH ≤ 90%), and (4 km/h ≤ U ≤ 20 km/h). The green and red circles show the strong and weak states of the virus particles, respectively. All the real variables are made dimensionless by the ⟨∗⟩ operator.
Figure 2
Weather-dependent airborne virus transmission rate in different cities worldwide during March and August 2020. The highest transmission, related to the Coronavirus airborne concentration rate, is found to be about 0.5 per day. The above implies that the probability is P = 1 (100%) for a susceptible individual to be infected in two days due to the weather conditions (wind speed, temperature, and relative humidity) in different regions.
Figure 3
Effect of weather conditions (wind speed, temperature, and relative humidity) on the Airborne Infection Rate index (AIR) for New York state (USA) in 2020. The hat symbol denotes daily weather data averaged per month. (a) Weather data recorded between March and October 2020 (included) and estimated weather data between November 2020 and February 2021 based on the last year’s recorded weather. (b) Weather dependent transmission rate shows three trends: high, medium, and low separated by the respective threshold values of 0.40 and 0.30. (c) Pandemic modeling and long-time prediction (daily number of cases) using the weather-dependent transmission rate (b) in the standard SIR model. Two outbreaks predicted due to the weather seasonality in New York using I = 1 as approximate total infected individual on 01 March 2020. Ntotal ≈ 19.47 million.
What Does This Mean?
There exists a direct relationship between weather seasonality and the pandemic evolution in different countries. This new relationship between weather seasonality and airborne virus transmission is quantified in the present study. It is then introduced into the SIR epidemiological model. The new model predicts pandemic outbreaks connected with main weather parameters: temperature, wind speed, and relative humidity. The significant findings are:
- Weather plays an important role in the pandemic outbreaks. Therefore, it must be included in epidemiological predictions.
- The Airborne Infection Rate (AIR) index defined in this study through the concentration rate (CR) provides a direct link between multiphase fluid dynamics and the disease’s spread.
- The results suggest that two pandemic outbreaks per year are more likely a natural phenomenon directly related to the weather seasonality during a pandemic evolution. The above puts in question large scale, strict lockdowns, but, indeed, the decisions for the above are associated with broader socio-economic issues.
- We can slow down the spread of the disease but cannot stop a second wave. The social protective measures, the extensive testing and contact tracing using electronic tracking devices, and foremost checking everybody at the entry into a country and quarantine rules in designated places, would help reduce the virus’s spread.
- The proposed AIR index can be used in conjunction with any SIR or SIR-derived model.
The University of Nicosia (UNIC)
About the University of Nicosia
The University of Nicosia (UNIC) is the largest university in Cyprus, and the largest university in southern Europe that teaches primarily in English, welcoming 12,000+ students from over 70 countries worldwide. The University of Nicosia is a comprehensive university with 6 schools, 20 departments and over 100 degree programs offered on-campus and online.
The University of Nicosia is best known in the fields of medicine, law, blockchain, accounting, education, forecasting and international relations and for a series of partnerships with other leading European universities. UNIC was most recently ranked #106 in its region by QS and #300 to #400 globally in the Times Higher Education Impact rankings.
To learn more about the University of Nicosia, please see: https://www.unic.ac.cy/
UNIC’s COVID-19 Response
University of Nicosia faculty across a variety of academic disciplines are actively engaged in research and analysis and serving in scientific / public policy roles supporting the global COVID-19 response.
For more information about the University of Nicosia’s work relating to COVID-19 including potential collaboration, please see: https://www.unic.ac.cy/coronavirus/
Contact Information
For more information about this study, please contact Prof Dimitris Drikakis at [email protected].
For more information on our COVID-19 related research in general, please contact UNIC at [email protected].
Press Coverage
Articles and press mentions in global media about the research.
Οι καιρικές συνθήκες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην Πρόβλεψη ενός Δεύτερου Κύματος μιας Πανδημίας
Οι καιρικές συνθήκες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην Πρόβλεψη ενός Δεύτερου Κύματος μιας Πανδημίας Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Λευκωσίας Talib Dbouk και Δημήτρης Δρικάκης, στην πρόσφατη δημοσίευσή τους για τον COVID-19 στο Physics of Fluids, καταδεικνύουν πως η θερμοκρασία, η υγρασία και ο άνεμος είναι βασικοί επιδημιολογικοί παράμετροι που παραλείπονται από τις προβλέψεις. Το «δεύτερο κύμα» της πανδημίας του κορονοϊού, προκάλεσε συζητήσεις για τις ευθύνες σχετικά με την έγκαιρη ή μη λήψη κατάλληλων μέτρων ασφαλείας. Ωστόσο, λόγω των επιπτώσεων των καιρικών συνθηκών, η έρευνα καταδεικνύει πως είναι [...]
Οι καιρικές συνθήκες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην πρόβλεψη 2ου κύματος μιας πανδημίας
Οι καιρικές συνθήκες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην πρόβλεψη 2ου κύματος μιας πανδημίας Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Λευκωσίας Talib Dbouk και Δημήτρης Δρικάκης, στην πρόσφατη δημοσίευσή τους για τον COVID-19 στο Physics of Fluids, καταδεικνύουν πως η θερμοκρασία, η υγρασία και ο άνεμος είναι βασικοί επιδημιολογικοί παράμετροι που παραλείπονται από τις προβλέψεις Το «δεύτερο κύμα» της πανδημίας του κορονοϊού, προκάλεσε συζητήσεις για τις ευθύνες σχετικά με την έγκαιρη ή μη λήψη κατάλληλων μέτρων ασφαλείας. Ωστόσο, λόγω των επιπτώσεων των καιρικών [...]
Οι καιρικές συνθήκες να λαμβάνονται υπόψη στην πρόβλεψη δεύτερου κύματος πανδημίας
Οι καιρικές συνθήκες να λαμβάνονται υπόψη στην πρόβλεψη δεύτερου κύματος πανδημίας Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Λευκωσίας Talib Dbouk και Δημήτρης Δρικάκης, στην πρόσφατη δημοσίευσή τους για τον COVID-19 στο Physics of Fluids, καταδεικνύουν πως η θερμοκρασία, η υγρασία και ο άνεμος είναι βασικοί επιδημιολογικοί παράμετροι που παραλείπονται από τις προβλέψεις Το «δεύτερο κύμα» της πανδημίας του κορονοϊού, προκάλεσε συζητήσεις για τις ευθύνες σχετικά με την έγκαιρη ή μη λήψη κατάλληλων μέτρων ασφαλείας. Ωστόσο, λόγω των επιπτώσεων των καιρικών συνθηκών, η έρευνα καταδεικνύει πως είναι αναπόφευκτα τα δύο [...]
Μελέτη για καιρικές συνθήκες και μετάδοση της πανδημίας
Μελέτη για καιρικές συνθήκες και μετάδοση της πανδημίας Source: Μελέτη για καιρικές συνθήκες και μετάδοση της πανδημίας - Δημήτρης Δρικάκης_CyBC TV - 10/02/2021 - YouTube
Πώς μπορεί να προβλεφθεί ένα νέο κύμα πανδημίας
Πώς μπορεί να προβλεφθεί ένα νέο κύμα πανδημίας Source: Πώς μπορεί να προβλεφθεί ένα νέο κύμα πανδημίας - Δημήτρης Δρικάκης_ALPHA TV - 10/02/2021 - YouTube
Δρικάκης: Γιατί ήταν «αναπόφευκτο» το 2ο κύμα- Τι υποστηρίζει το μοντέλο του
Δρικάκης: Γιατί ήταν «αναπόφευκτο» το 2ο κύμα- Τι υποστηρίζει το μοντέλο του Για τη μελέτη του που υποστηρίζει ότι οι καιρικές συνθήκες, όπως η θερμοκρασία, η υγρασία και ο άνεμος, διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο πότε και πού θα χτυπήσει ένα νέο κύμα πανδημίας του κορωνοϊού, μίλησε στο Μεσημέρι και Κάτι ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Λευκωσίας, Δημήτρης Δρικάκης. Συγκεκριμένα, τα ευρήματα της εργασίας καταδεικνύουν ότι όταν έχουμε μεγάλη θερμοκρασία και χαμηλή υγρασία τότε η μεταδοτικότητα του ιού μειώνεται, επειδή μειώνεται [...]
Ο Καιρός επηρεάζει την πανδημία
Ο Καιρός επηρεάζει την πανδημία Source: Ο Καιρός επηρεάζει την πανδημία_SIGMA TV- 09/02/2021 - YouTube
Κυπριακή έρευνα: Έτσι μπορεί να προβλεφθεί το επόμενο κύμα της πανδημίας (pic)
Κυπριακή έρευνα: Έτσι μπορεί να προβλεφθεί το επόμενο κύμα της πανδημίας (pic) Μελέτη του Δημήτρη Δρικάκη, καθηγητή του Πανεπιστημίου Λευκωσίας, υποστηρίζει ότι οι καιρικές συνθήκες, όπως η θερμοκρασία, η υγρασία και ο άνεμος, διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο πότε και πού θα χτυπήσει ένα νέο κύμα πανδημίας του κορωνοϊού. Σύμφωνα πάντα με την έρευνα, οι ειδικοί μέχρι τώρα λάμβαναν υπόψη για τα προγνωστικά τους μοντέλα μόνο τους παράγοντες της μετάδοσης και της ίασης. Αλλά με την εισαγωγή των δεδομένων της υγρασίας [...]
Covid-19 : la seconde vague de la pandémie a été largement influencée par la météo
Covid-19 : la seconde vague de la pandémie a été largement influencée par la météo Les chercheurs ont conçu un nouvel indice permettant de prédire plus efficacement l’évolution d’une épidémie L’année dernière, une équipe de chercheurs de l’université de Nicosie s’était penchée sur les différents paramètres climatiques susceptibles de favoriser la propagation du coronavirus. Les chercheurs avaient analysé les effets de la température, de l’humidité et de la vitesse du vent sur le nuage de gouttelettes d’aérosol et la viabilité [...]
Coronavirus: Researchers say virus forecasts should focus on weather
Coronavirus: Researchers say virus forecasts should focus on weather New research paper by University of Nicosia says weather conditions play a key role in where and when a next wave of the pandemic will strike Temperature, humidity and wind play a big part in the transmission of the coronavirus, newly published research by two scientists working at the University of Nicosia suggests. Professor at the medical school of the university Dimitris Drikakis who carried out the research with his colleague [...]
