Un’analisi sulla diffusione internazionale del COVID-19 basata su dati e strumenti interattivi del sito COVID-19 dell’Istituto CNR-SPIN

Dopo aver duramente colpito la Cina nei primi mesi del 2020, l’epidemia COVID-19 si è diffusa in Europa a partire dalla seconda metà di febbraio. L’Italia è stato il primo paese occidentale interessato, riportando attualmente (i dati sono riferiti al 23 di aprile [1]), circa 190.000 casi di contagio confermati e un numero di decessi che supera i 25.000. Dopo l’Italia, l’epidemia ha proseguito nella sua diffusione, investendo tutte le maggiori nazioni europee, con un ritardo variabile da una ad oltre due settimane, e gli Stati Uniti. 

In un primo contributo pubblicato il 13 marzo su Scienza in rete [2] e in un successivo articolo [3], è stato dimostrato come un efficace confronto tra le epidemie di differenti nazioni richieda il ricorso a opportune traslazioni (shift) sull’asse dei tempi. Fu osservato come, in assenza di un immediato cambio nel trend di crescita, sia gli Stati Uniti che la Spagna fossero proiettate verso uno scenario peggiore della stessa Italia, in termini di numero totale di contagi confermati. Come previsto, il numero dei casi di queste due nazioni supera oggi quello dell’Italia. Al fine di sviluppare ulteriormente questo approccio, gli autori di questo contributo hanno recentemente realizzato il sito COVID-19 dell’Istituto CNR-SPIN. Il sito è dedicato sia alla situazione dell’epidemia in Italia, con un approfondimento sui dati comparati delle singole regioni, che al contesto internazionale.

L’obbiettivo principale è quello di coniugare due approcci che solo raramente sono coesistiti finora:

• l’approccio tipico del mondo scientifico, teso a esplorare scelte meno ovvie nell’osservazione e rappresentazione delle variabili di interesse, alla ricerca di correlazioni magari non evidenti;  
• l’approccio puramente informatico, adottato oggi da molteplici siti web in ogni nazione, basato sulla rappresentazione di dati grezzi che si aggiornano automaticamente.

Il nuovo sito web permette dunque all’utente di visualizzare l’evoluzione della pandemia attraverso grafici “auto-aggiornanti” che vanno oltre l’uso delle classiche curve (casi in funzione del tempo, mappe geografiche) diventate oggi onnipresenti in internet. Al visitatore vengono offerte varie opzioni per modificare i grafici agendo su alcuni parametri liberi. E’ possibile così concentrare la propria attenzione su specifici set di nazioni o di regione italiane, per confrontarle, oppure verificare la presenza di mutue correlazioni, per esempio tra le curve dei casi confermati e quelle dei decessi. 

Tra i vari aspetti affrontati nel sito COVID-19, in questo articolo ci si sofferma sulla diffusione della pandemia nelle sei nazioni che ospitano, complessivamente, il 65% circa dei casi oggi rilevati in tutto il mondo: Italia (IT, 60 milioni di abitanti), Stati Uniti (US, 330 milioni di abitanti ), Germania (DE, 83 milioni di abitanti), Spagna (ES, 47 milioni di abitanti), Regno Unito (UK, 67  milioni di abitanti) e Francia (FR, 67 milioni di abitanti). Nel grafico interattivo qui sotto concentriamo l’attenzione sulle curve più significative, quelle dei decessi, confrontandole.

Vediamo che, sempre alla data del 23 aprile, la sfortunata classifica del paese con il più elevato numero di morti in rapporto alla popolazione, tra le nazioni considerate, è guidata dalla Spagna (circa 500 decessi per milione di abitati) seguita  dall’Italia. Francia e Inghilterra restano per ora su numeri più bassi, ma sembrano avviate verso un andamento simile. Gli Stati Uniti, che hanno il più alto numero di decessi totali, rimangono per ora per rapporto alla popolazione su una curva più bassa ma ancora in salita. La Germania percorre una curva decisamente più tranquilla (meno di 60 decessi per milione di abitanti). 

Figura 1. E' possibile impostare per ogni paese i valori delle colonna Fattore e Shift (cliccare su ok per confermare la scelta). 

Il problema di cui vorremo qui porre le basi è quello di confrontare i vari paesi su base omogenea, per capire quali di essi stanno facendo fronte con maggiore efficacia alla pandemia, con un occhio particolare, ovviamente, alla situazione italiana. La prima difficoltà nel confrontare gli andamenti di paesi diversi è data dal disallineamento delle loro epidemie sull’asse dei tempi, ovvero dal ritardo relativo delle altre nazioni rispetto all’Italia. Questa difficoltà può essere affrontata operando in primo luogo delle opportune traslazioni (shifts) temporali delle curve numeriche che rappresentano l’andamento dell’epidemia. Questo approccio ci permette di evidenziare l’analogo di ciò che i fisici chiamano una “legge di scala”, ossia la presenza di similitudini degli andamenti funzionali, che possono essere messe compiutamente in evidenza solo con l’aiuto di appropriate operazioni matematiche: in questo caso, l’applicazione di uno shift e di un fattore moltiplicativo. 

Invitiamo a questo punto il lettore ad esplorare personalmente l’interattività del grafico. Applicando le operazioni di cui sopra, ovvero scegliendo nella tabella di controllo i parametri giusti per ogni paese, ed escluse le fasi iniziali, possiamo portare tutte le curve ad un buon livello di sovrapposizione, con una accuratezza sorprendente. I parametri giusti e il risultato finale sono riportati nella figura 2.

Figura 2.

Cosa ci insegna tutto questo? Per certi aspetti non lo sappiamo ancora, perché il significato più profondo delle similitudini in cui ci siamo imbattuti non è stato ancora studiato. Tuttavia può essere lecito supporre che se le curve opportunamente “riscalate”, superate le fasi iniziali, si sono allineate sullo stesso trend per circa un mese, tali resteranno anche nelle prossime settimane. Se questa ipotesi, per ora tutta da dimostrare, si verificasse, i paesi che il cui allineamento richiede un fattore F < 1, ovvero Spagna ma anche Regno Unito, sono destinati (sempre per rapporto alla popolazione) ad un maggior numero di decessi rispetto all’Italia. La Francia (F = 1) dovrebbe finire grossomodo allineata a noi (quindi leggermente superiore nei numeri totali), mentre la Germania resterà su numeri 5-7 volte più bassi. Gli Stati Uniti restano probabilmente il paese più imprevedibile, rappresentando una realtà composita, comprendente zone (come lo stato di New York) in fase avanzata dell’epidemia ed altre ancora in fase più iniziale.  Tuttavia la previsione attuale è che si manterranno, sempre in rapporto alla popolazione, a un numero di decessi inferiore ai casi dell’Italia, Spagna, Inghilterra e Francia. Un’analisi più completa è riportata  nell’articolo completo di cui qui abbiamo presentato un parziale riassunto. 

Ricordiamo infine che, nella fase più violenta dell’epidemia, tutti i paesi considerati in questo lavoro si sono adeguati a regole di rigido distanziamento sociale e che le similitudini osservate, a livello funzionale, nelle loro curve, sono probabilmente il frutto della relativa uniformità delle politiche perseguite. L’adozione di politiche diverse in fase di apertura delle attività potrebbe naturalmente portare a effetti imprevedibili e discordanti. Sul sito COVID-19 dell’Istituto CNR-SPIN continueremo a monitorare sia l’evoluzione nazionale che quella internazionale col ricorso a numerosi grafici interattivi simili a quello presentato in questo lavoro, aggiornati regolarmente giorno per giorno.

Note
[1] CSSEGISandData/COVID-19. GitHub https://github.com/CSSEGISandData/COVID-19.
[2] Miletto Granozio, F. L’evoluzione dell’epidemia in Europa. Scienza in rete (2020).
[3] Miletto Granozio, F. Comparative analysis of the diffusion of Covid-19 infection in different countries. ArXiv200308661 Phys. Q-Bio (2020)

Questo contributo è la versione semplificata di un articolo più completo disponibile qui.