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Periodic Phenomena and Driving Mechanisms in Transmission of West Nile Virus with Maturation Time
Journal of Dynamics and Differential Equations ( IF 1.3 ) Pub Date : 2019-06-11 , DOI: 10.1007/s10884-019-09758-x Chunhua Shan , Guihong Fan , Huaiping Zhu
Journal of Dynamics and Differential Equations ( IF 1.3 ) Pub Date : 2019-06-11 , DOI: 10.1007/s10884-019-09758-x Chunhua Shan , Guihong Fan , Huaiping Zhu
West Nile virus (WNv) transmission shows both seasonal pattern in every single year and cyclic pattern over years. In this paper we formulate a compartmental model with bird demographics and maturation time of mosquitoes during metamorphosis to study the impact of ambient temperature on the transmission and recurrence of disease. We show that avian birds serve as a reservoir of viruses, whilst maturation time affects disease transmission in sophisticated ways. It turns out that large maturation delay will lead to the extinction of mosquitoes and the disease; small maturation delay will stabilize the epidemic level of the disease; and intermediate maturation delay will cause sustainable oscillations of mosquito population, recurrence of diseases, and even mixed-mode oscillation of diseases with an alternation between oscillations of distinct large and small amplitudes. With bifurcation theory, we prove that temperature can drive the oscillation of mosquito population, which leads recurrence of WNv through the incidence interaction between mosquitoes and hosts, while the biting and transmission process itself will not generate sustained oscillations. Our results provide a sound explanation for understanding interactions between vectors and hosts, and driving mechanisms of periodic phenomena in the transmission of WNv and other mosquito-borne diseases.
中文翻译:
西尼罗河病毒随着时间的传播的周期性现象和驱动机制
西尼罗河病毒(WNv)的传播既显示每年的季节性模式,又显示多年的循环模式。在本文中,我们用鸟类的人口统计信息和变态过程中蚊子的成熟时间建立了一个间隔模型,以研究环境温度对疾病传播和复发的影响。我们显示禽鸟可作为病毒的储存库,而成熟时间会以复杂的方式影响疾病的传播。事实证明,大量的成熟延迟将导致蚊子灭绝和疾病。成熟延迟小将稳定疾病的流行水平;中间的成熟延迟会导致蚊子种群的持续振荡,疾病的复发,甚至是混合模式的疾病振荡,其振幅之间也存在明显的大小差异。利用分叉理论,我们证明温度可以驱动蚊子的振荡,从而通过蚊子与宿主之间的入射相互作用导致WNv的复发,而叮咬和传播过程本身不会产生持续的振荡。我们的结果为理解媒介与宿主之间的相互作用以及WNv和其他蚊媒疾病传播中周期性现象的驱动机制提供了合理的解释。咬和传播过程本身不会产生持续的振荡。我们的结果为理解媒介与宿主之间的相互作用以及WNv和其他蚊媒疾病传播中周期性现象的驱动机制提供了合理的解释。咬和传播过程本身不会产生持续的振荡。我们的结果为理解媒介与宿主之间的相互作用以及WNv和其他蚊媒疾病传播中周期性现象的驱动机制提供了合理的解释。
更新日期:2019-06-11
中文翻译:
西尼罗河病毒随着时间的传播的周期性现象和驱动机制
西尼罗河病毒(WNv)的传播既显示每年的季节性模式,又显示多年的循环模式。在本文中,我们用鸟类的人口统计信息和变态过程中蚊子的成熟时间建立了一个间隔模型,以研究环境温度对疾病传播和复发的影响。我们显示禽鸟可作为病毒的储存库,而成熟时间会以复杂的方式影响疾病的传播。事实证明,大量的成熟延迟将导致蚊子灭绝和疾病。成熟延迟小将稳定疾病的流行水平;中间的成熟延迟会导致蚊子种群的持续振荡,疾病的复发,甚至是混合模式的疾病振荡,其振幅之间也存在明显的大小差异。利用分叉理论,我们证明温度可以驱动蚊子的振荡,从而通过蚊子与宿主之间的入射相互作用导致WNv的复发,而叮咬和传播过程本身不会产生持续的振荡。我们的结果为理解媒介与宿主之间的相互作用以及WNv和其他蚊媒疾病传播中周期性现象的驱动机制提供了合理的解释。咬和传播过程本身不会产生持续的振荡。我们的结果为理解媒介与宿主之间的相互作用以及WNv和其他蚊媒疾病传播中周期性现象的驱动机制提供了合理的解释。咬和传播过程本身不会产生持续的振荡。我们的结果为理解媒介与宿主之间的相互作用以及WNv和其他蚊媒疾病传播中周期性现象的驱动机制提供了合理的解释。