劉紅武 李國平 戴澤軍 鄧朝平
摘 要:2008年6月10~14日我國南方出現(xiàn)了一次區(qū)域性的強(qiáng)降水過程,給江河、水庫的防汛工作帶來了極大壓力。該文利用常規(guī)觀測資料和NCEP再分析資料,診斷分析了此次強(qiáng)降水過程發(fā)生的大尺度環(huán)流形勢以及西南低渦在此次暴雨過程中的作用。其結(jié)果表明:(1)此次強(qiáng)降水發(fā)生期間,中高緯度經(jīng)向環(huán)流明顯,主要表現(xiàn)為“兩槽一脊”型,有利于冷空氣不斷南下;(2)在中低層流場圖上分析出了“鞍”型場的環(huán)流配置,西南地區(qū)上空低層不斷聚集由西南氣流輸送的大量暖濕空氣,而在高層有干冷空氣侵入,從而導(dǎo)致西南低渦強(qiáng)烈發(fā)展、東移以及強(qiáng)降水的發(fā)生;(3)本次西南低渦初期具有暖性結(jié)構(gòu),暖平流使中低層增溫增濕,加大了大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性,從而引起上升運(yùn)動(dòng)和凝結(jié)潛熱釋放,促使低渦強(qiáng)烈發(fā)展;(4)影響此次強(qiáng)降水的水汽來源有三支:一支來自孟加拉灣的水汽輸送,另一支來自中印半島和南海的水汽輸送,第三支是西風(fēng)帶的水汽輸送。
關(guān)鍵詞:特大暴雨 西南低渦 暖平流 水汽通量
中圖分類號:P458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)11(c)-0097-05
Abstract:The regional heavy rainstorm on 10~14 June,2008 brought great pressure for flood Control Work to rivers and reservoirs. In this paper,the characteristics of large-scale circulation backgroundand the physical process of the southwest vortex during the occurring period of the heavy rainstorm are analyzed by using conventional observation data,F(xiàn)Y-2C satellite and NCEP reanalysis data. The following conclusion are drawn:(1)During the period of heavy rainstorm,meridional circulation prevails at mid-high latitude circulation, there are two troughs and one ridge,which helps the cold air move southward continuously;(2)The characteristics of a saddle pattern disposition was appeared on flow field diagram at the middle and low levels.The aggregation of a large number of warm air transportation which come from the southwest flow and the inrush of dry cold air on upper levels play an important rules on intensively development and eastward moving of vortex and the occurrence of heavy precipitation.(3) The initial southwest vortex is warm,explosive warming and wetting caused by low-level warm advection increases atmospheric instability,which lead to strong upward motion and the release of condensation latent heating and the intensive development of a low vortex.(4)there are three vapor inflow corridors to the regions of heavy rains:one water vapor transmitting is belt from the Bengal Bay, and the other water vapor transmitting comes from the Sino-Indian Peninsula and the South China Sea,the third is the westerly water vapor transport.
Key Words:Torrential Rain;Southwest Vortex;Warm Advection;Water Vapor Flux
西南低渦亦簡稱西南渦,是青藏高原特殊地形與大氣環(huán)流相互作用下,形成于我國西南地區(qū)700(或850) hPa上具有氣旋環(huán)流的中尺度(α-中尺度)閉合低壓系統(tǒng)[1],其水平尺度約為300~500 km,在垂直方向上伸展較淺薄[2],半數(shù)以上的生命史短于36 h。但在有利的大尺度環(huán)流場形勢的配合下,它會(huì)強(qiáng)烈發(fā)展東移,給其經(jīng)過的地區(qū)帶來災(zāi)害性的天氣過程。例如,1935年7月上旬,由西南低渦發(fā)展東移造成長江流域特大暴雨過程(又稱“五峰”暴雨),降水中心的過程雨量超過1200 mm,造成嚴(yán)重洪澇災(zāi)害[2]。1981年8月受西南低渦影響,西北地區(qū)東部又發(fā)生了一次大范圍強(qiáng)暴雨,災(zāi)害損失嚴(yán)重[3]。1998年夏季長江流域發(fā)生的洪澇災(zāi)害也無不與西南低渦大活動(dòng)密切相關(guān)[4]。由此看出,在影響我國的眾多重大暴雨洪澇過程中,西南低渦扮演了重要角色。因此,有學(xué)者認(rèn)為[5]:“西南低渦是我國最強(qiáng)烈的暴雨系統(tǒng)之一,就它所造成的暴雨天氣的強(qiáng)度、頻數(shù)和范圍而言,可以說是僅次于臺風(fēng)及殘余低壓,重要性位居第二的暴雨系統(tǒng)”。所以關(guān)于西南低渦的形成與發(fā)展及其造成的洪澇災(zāi)害等,一直是氣象學(xué)家和預(yù)報(bào)員分析研究的重要課題[6-11]。endprint
2008年6月10~14日,我國西南大部、華南、江南及江淮南部地區(qū)出現(xiàn)了一次自西向東的區(qū)域性暴雨、大暴雨及特大暴雨天氣過程,過程降水時(shí)間長、強(qiáng)度大、影響范圍廣、強(qiáng)降水集中,使得部分江河超出了警戒水位,給江河、水庫的防汛工作亦帶來了極大壓力。該文利用常規(guī)觀測的地面和高空資料、NCEP的再分析資料(1°×1°)以及衛(wèi)星云圖資料,從渦度、溫度平流、水汽通量等方面診斷分析了此次區(qū)域性強(qiáng)降水過程,以及作為該典型個(gè)例重要影響系統(tǒng)之一的西南低渦的演變過程。
1 降水過程的綜合分析
1.1 降水過程分析
2008年6月10日12時(shí)至6月14日12時(shí)(世界時(shí),下同),我國西南大部地區(qū)、華南、江南及江淮南部地區(qū)出現(xiàn)了一次自西向東的區(qū)域性暴雨、大暴雨及特大暴雨天氣過程,一共涉及到10多個(gè)省份,貴州西部、廣西中北部、湖南南部、廣東、江西北部和南部、福建東部、浙江東南部出現(xiàn)了大暴雨,其中廣西北部、廣東東南部、福建東南部局地出現(xiàn)了特大暴雨。過程雨量華南、江南南部普遍100~200 mm,其中廣西北部、廣東東南沿海、福建南部沿海達(dá)300~400 mm,廣東惠東局地出現(xiàn)524 mm。此次暴雨過程強(qiáng)降水時(shí)段主要出現(xiàn)在12~13日,強(qiáng)降水帶位于22°N~26°N,105°E~120°E的區(qū)域內(nèi)(圖1)。
從6小時(shí)、12小時(shí)與24小時(shí)的降水量分析表明(圖略),10日晚暴雨主要發(fā)生在四川南部地區(qū),有三站次12小時(shí)降水量達(dá)到了50 mm以上,24小時(shí)降水量出現(xiàn)了100 mm以上的強(qiáng)降水中心;11日暴雨發(fā)生區(qū)域向東南方向移動(dòng),主要位于貴桂交界處,大暴雨中心出現(xiàn)在廣西北部地區(qū),廣西東蘭12小時(shí)降水量達(dá)211 mm;12日強(qiáng)降水區(qū)域范圍擴(kuò)大并緩慢向東移動(dòng),暴雨、大暴雨落區(qū)主要位于兩廣北部、湖南及江西南部地區(qū),桂東北與湘西南局地還出現(xiàn)了特大暴雨,廣西富川24小時(shí)降水量達(dá)300 mm;11日12時(shí)至12日12時(shí),廣西東蘭、環(huán)江、靈川打破當(dāng)?shù)亟ㄕ疽詠砣沼炅繗v史記錄,桂林、柳城打破本站6月日雨量歷史記錄;13日強(qiáng)降水雨帶東移至沿海地區(qū),呈東北-西南走向,為此次降水過程最強(qiáng)的一天,廣東與福建沿海部分地區(qū)24小時(shí)降水量出現(xiàn)了200 mm以上的特大暴雨,其中廣東汕頭6小時(shí)降水量達(dá)206 mm,廣東惠東與福建云宵24小時(shí)降水量達(dá)400 mm以上,分別為:415 mm,445.7 mm。14日雨勢減弱并逐漸東移入海,至15日00時(shí)此次降水過程基本趨于結(jié)束。
2 大尺度環(huán)流背景及影響系統(tǒng)分析
2.1 500hPa高度場的配置特征分析
從500 hPa環(huán)流形勢分析,中高緯度環(huán)流經(jīng)向度較大。從圖2a可以看到,10日12時(shí),西西伯利亞有一穩(wěn)定的較強(qiáng)冷低壓中心,中高緯度地區(qū)為兩槽一脊的環(huán)流形勢,盆地北部與東北部有多小槽活動(dòng)。到11日00時(shí),四川西北部的橫槽移至四川盆地南部,且溫度槽落后于高空槽,表明該槽為發(fā)展槽,隨著中高緯長波槽脊向東移,橫槽迅速發(fā)展東移轉(zhuǎn)豎,與東部槽南端相結(jié)合,于湖南西部與廣東中部一帶發(fā)展成比較深厚的的槽區(qū),且呈東北-西南向(圖2b)。之后低槽進(jìn)一步加深東移,低槽北部在江淮地區(qū)發(fā)展成低渦。14日12時(shí),低槽東移入海,強(qiáng)降水也隨之減弱消失。
2.2 中低層流場分析
由于西南低渦主要發(fā)生在對流層下層,因此,可以利用6月10~14日的700 hPa流場分析西南低渦的發(fā)生、發(fā)展過程(圖3)。
如圖3a所示,在暴雨剛開始發(fā)生的6月10日12時(shí),四川盆地西南部由于西南氣流繞流云貴高原而產(chǎn)生弱的氣旋性氣流。12小時(shí)后(圖3b),西南氣流加強(qiáng)并直接經(jīng)高原東側(cè)與西北氣流在四川盆地南部交匯,出現(xiàn)一個(gè)明顯的閉合氣旋性低壓中心,即西南低渦,川中東地區(qū)為閉合高壓控制,西太平副熱帶高壓加強(qiáng)且脊線西伸至貴州南部一帶,而重慶至貴州北部處于兩高之間的氣旋性切變區(qū)域內(nèi),此種結(jié)構(gòu)是一種“鞍”型場的環(huán)流配置[13]。6月11日12時(shí)(圖3c),低壓中心向南移動(dòng)至貴州與云南兩省交界處,而此輻合中心正好位于11日12時(shí)6小時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生區(qū)域。6月12日00時(shí)(圖3d),低渦強(qiáng)烈發(fā)展東移,位于貴州與廣西交接的地區(qū),呈準(zhǔn)圓形,與6小時(shí)的降水量對比發(fā)現(xiàn),強(qiáng)降水落區(qū)主要出現(xiàn)在低渦中心的東南側(cè)。6月12日12時(shí)(圖3e),西南低渦強(qiáng)烈發(fā)展并逐漸影響到兩廣地區(qū),這為此區(qū)域引發(fā)一場特大暴雨提供了中尺度動(dòng)力條件,同時(shí)四川東部又產(chǎn)生了氣流輻合。6月13日00時(shí)(圖3f),由于高空長波槽東移,在其引導(dǎo)下,西南低渦向東北方向移動(dòng),且逐漸演變成較強(qiáng)的低空低渦型切變線,呈東北-西南走向,四川盆地東部的輻合區(qū)發(fā)展成閉合的低壓中心,這又開始醞釀著一場新的暴雨。13日12時(shí)~14日12時(shí),東移的低渦垂直向上伸展至500 hPa,發(fā)展成一個(gè)較深厚的低壓系統(tǒng),中低層?xùn)|移低渦在高空槽的引導(dǎo)下繼續(xù)向東北方向移動(dòng)并分裂為兩個(gè)低壓環(huán)流中心(圖3g-f)。到14日12時(shí)后(圖略),低渦東移入海,此次降水過程減弱、結(jié)束,但西南地區(qū)又將開始新一輪降水過程。
3 物理量診斷分析
3.1 中低層渦度的演變
由以上分析可知,引發(fā)這次區(qū)域性特大暴雨的原因主要是西南低渦的發(fā)展過程,β-中尺度渦旋為此次特大暴雨的直接影響系統(tǒng)。為了更好地說明這次西南低渦的發(fā)展過程,分析了2008年6月10日~14日12時(shí)700 hPa渦度每12小時(shí)的演變過程(見圖4)。
從圖4a可以看到,6月10日12時(shí)四川盆地北部、西部、南部都有正渦度中心但不明顯,主要正渦度中心位于切變線所在的江西至江浙一帶。6月11日00時(shí)(圖4b),四川東南部有正渦度中心存在,6 h強(qiáng)降水發(fā)生在正渦度中心地區(qū)。6月11日12時(shí)(圖4c),在“鞍”型環(huán)流配置下,正負(fù)渦度中心發(fā)展東移,此時(shí)四川南部的低渦開始向華南地區(qū)移動(dòng)。6月12日00時(shí)(圖4d),正渦度中心繼續(xù)向東南方向移動(dòng)且中心強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng),出現(xiàn)了三個(gè)正渦度中心,6h強(qiáng)降水主要發(fā)生的最大渦度中心處,6小時(shí)雨量超過了200 mm。6月12日12時(shí)(圖4e),最大正渦度中心向東南方向移動(dòng)緩慢且中心值維持增強(qiáng)趨勢,降水強(qiáng)度也有所加強(qiáng)且發(fā)生在正渦度中心地區(qū)。6月13日00(圖4f),正渦度中心移動(dòng)路徑逐漸轉(zhuǎn)為東北方向,強(qiáng)度加強(qiáng),此時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)亦轉(zhuǎn)為東北-西南向且強(qiáng)度增強(qiáng)。6月13日12時(shí)(圖4g),在東北-西南向上呈現(xiàn)多個(gè)正渦度中心,最主要的強(qiáng)降水位于渦度中心帶的東南地區(qū)。6月14日00時(shí)(圖4h),正渦度中心東移至沿海地區(qū),之后減弱入海,6 h強(qiáng)降水位于沿海一帶,逐漸減弱入海結(jié)束,但盆地東部又有形成了新的西南低渦,強(qiáng)烈發(fā)展的低渦再一次引發(fā)了區(qū)域性特大暴雨過程。endprint
從以上渦度場的分析可以看到,開始階段強(qiáng)降水落區(qū)主要發(fā)生在最大正渦度中心,但當(dāng)?shù)蜏u演變成低渦型切變時(shí),最強(qiáng)降水不再出現(xiàn)在渦度中心,而是發(fā)生在正渦度帶的東南方向的西南暖濕氣流中。由于正渦度中心不一定有強(qiáng)降水發(fā)生,因此實(shí)際預(yù)報(bào)時(shí)要與天氣系統(tǒng)配合分析,以防出現(xiàn)空報(bào)。
分析各層次的渦度場發(fā)現(xiàn)(圖略),本次降水過程暴雨發(fā)生時(shí),渦度場從地面到對流層頂一般為正渦度,且最大值中心位于850~500 hPa之間。
3.2 暖平流對西南低渦發(fā)展的作用
西南低渦多為暖性結(jié)構(gòu),并且低渦的發(fā)展與低層暖平流的發(fā)展有著密切的關(guān)系,李國平等[14]的研究表明西南低渦的發(fā)展是與下墊面的加熱有著密切關(guān)系。在6月10日12時(shí)的溫度場圖上(如圖5a),暖中心位于高原中南部地區(qū),青藏高原作為一個(gè)熱源影響下游地區(qū)天氣,此時(shí)在高原背風(fēng)坡的四川盆地西南部生成的低渦具有暖性結(jié)構(gòu)。溫度平流對低渦的發(fā)展是一個(gè)重要的物理因子,不僅可以造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定,而且可以產(chǎn)生垂直運(yùn)動(dòng),為了分析溫度平流對低渦發(fā)展的作用,本文計(jì)算了低渦初生時(shí)段700~850 hPa層的平均溫度平流。如圖5b,6月11日00時(shí),在高原東側(cè)下坡的105°E附近暖平流中心達(dá)到1.5×10-4℃/s,伴隨低空西南暖濕氣流,該暖平流使這一帶中低層增溫增濕,增強(qiáng)了大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性,從而引起上升運(yùn)動(dòng)和潛熱釋放,促使低壓強(qiáng)烈發(fā)展。與此同時(shí),在暖平流中心的東北方向有一閉合冷平流中心存在,說明四川中部已經(jīng)被北方冷空氣影響。
3.3 水汽通量的演變及其對西南低渦發(fā)展的作用
為了分析持續(xù)性暴雨的水汽來源及演變狀況,下面分析此次特大暴雨過程850 hPa~700 hPa每12小時(shí)的平均水汽通量變化[15-20](見圖6)。從圖6a可以看到,6月10日12時(shí),東西兩邊各有一條明顯的水汽輻合帶,西部的水汽輻合帶主要是因?yàn)閬碜悦霞永瓰车拇罅克虮陛斔偷剿拇ㄅ璧匚髂系貐^(qū),在四川西南部形成明顯的水汽輻合,東部的水汽輻合帶主要是來自南海的水汽輸送而形成的。6月11日00時(shí)(圖6b),由于降水的發(fā)生,南風(fēng)輸送有所減弱,四川盆地的南部水汽平均輸送也隨之減弱,但在云南北部形成了氣旋性的水汽輻合區(qū)。6月11日12時(shí)(圖6c),來自中印半島和南海向北的水汽輸送開始加強(qiáng)并逐漸轉(zhuǎn)為向西北方向輸送,與來自孟加拉灣的西南水汽輸送匯合于云南、貴州和廣西地區(qū),呈明顯的氣旋性輻合,中心位置位于云南東部地區(qū),為特大暴雨提供了充足的水汽輸送,隨后的12小時(shí)降水量超過了200 mm,強(qiáng)降水中心位于水汽輻合區(qū)東部的位于廣西北部與貴州西部地區(qū)的東南氣流中。6月12日00~12時(shí)(圖6d-e),西南水汽輸送進(jìn)一步加強(qiáng),兩廣至東南沿海一帶為強(qiáng)的西南水汽通量控制,在北部形成輻合區(qū),同時(shí)位于云南地區(qū)的氣旋性水汽輻合中心東移至廣西北部地區(qū),與此同時(shí),強(qiáng)降水主要發(fā)生在水汽輸送氣旋性輻合中心,12小時(shí)降雨量達(dá)200mm以上。12月13日00~12時(shí)(圖6f-g),低渦逐漸演變成東北-西南向的低渦型切變,水汽輸送氣旋性輻合區(qū)也逐漸演變成東北-西南向,大的水汽通量位于切變線的東南方向,最大強(qiáng)降水中心位于水汽通量大值區(qū)。6月14日00時(shí)(圖6h),隨著切變線的向東移動(dòng),水汽通量大值區(qū)也向東移動(dòng)且逐漸減弱入海,強(qiáng)降水過程也隨之減弱、結(jié)束。
因此,從整個(gè)水汽輸送的情況來看,這次區(qū)域性特大暴雨過程的水汽來源主要有三支:一支來自孟加拉灣的水汽輸送,主要有二種輸送方式,即在對流層中層爬越高原,經(jīng)西風(fēng)輸送進(jìn)人四川盆地,以及在對流層低層繞流過云貴高原進(jìn)入四川盆地西南部;另一支來自中印半島和南海的水汽輸送,主要表現(xiàn)為低層偏南風(fēng)輸送到盆地東部地區(qū);第三支是西風(fēng)帶的水汽輸送。從前兩個(gè)通道輸送而來的水汽與來自西風(fēng)帶水汽輸送匯合,最初在四川盆地西南部形成強(qiáng)烈的水汽輻合帶,從而致使在四川盆地西南部發(fā)生暴雨天氣過程有充沛的水汽來源,在低渦發(fā)展東移的作用下,強(qiáng)烈的對流上升運(yùn)動(dòng)把大量水汽輸送到高空,與高空冷空氣交匯后,在下游地區(qū)產(chǎn)生了特大暴雨。
4 結(jié)語
該文利用地面和高空常規(guī)觀測資料以及NCEP高分辨率再分析資料,細(xì)致分析了2008年6月10~14日東移西南低渦造成我國西南大部地區(qū)、華南、江南及江淮南部地區(qū)一次自西向東的區(qū)域性特大暴雨過程,得到以下主要結(jié)論:
(1)導(dǎo)致這次區(qū)域性特大暴雨的大尺度環(huán)流背景場是:中高緯度環(huán)流經(jīng)向度較大,主要表現(xiàn)為“兩槽一脊”型,在降水過程中西西伯利亞維持一個(gè)低壓冷中心,長波槽東傳移動(dòng)過程中分裂的小短波槽不斷影響四川盆地東部與北部地區(qū),青藏高原東北部的小槽攜帶著弱冷空氣東移到四川盆地上空是導(dǎo)致西南低渦發(fā)展東移的主要因素,而低渦上空的高空槽不斷加深發(fā)展東移對低渦的加強(qiáng)東移有積極作用。
(2)700 hPa流場呈現(xiàn)“鞍”型場的環(huán)流配置,西南低渦迅速發(fā)展,同時(shí)由孟加拉灣通過西南氣流輸送過來的水汽和由南海與印度半島通過偏南氣流的水汽輸送在西南低渦所在區(qū)域產(chǎn)生輻合,并伴有明顯的水汽輻合切變。
(3)本次過程中西南低渦初期具有暖性結(jié)構(gòu)。
(4)影響此次區(qū)域性特大暴雨的水汽來源主要有三支:一支來自孟加拉灣的水汽輸送,另一支來自南海的水汽輸送,第三支是西風(fēng)帶的水汽輸送。
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[20] 柳艷菊,丁一匯,宋艷玲.1998年夏季風(fēng)爆發(fā)前后南海地區(qū)的水汽輸送和水汽收支[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2005,21(1):55-62.endprint
[6] Kuo,Y.H.,L.Cheng, and J. W. Bao,1988:Numerical Simulation of the 1981 Sichuan Flood. PartⅠ:Evolution of a Mesoscale Southwest Vortex.Mon.Wea. Rev.,116:2481-2504.
[7] Chang,C.P.,L.Yi and G.T. J.Chen.2000:A Numerical Simulation of Vortex Development during the 1992 East Asian Summer Monsoon Onset Using the Navys Regional Model. Mon.Wea. Rev.128:1064-1631.
[8] 盧敬華.500hPa流場對西南低渦的牽引[J].四川氣象,1985(2):1-4.
[9] 陳忠明.環(huán)境作用與西南低渦移動(dòng)的初步研究[J].高原氣象,1989,8(4):301-312.
[10] 陳忠明.一次強(qiáng)烈發(fā)展西南低渦的中尺度結(jié)構(gòu)分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),1998, 9(3):273-282
[11] 陳忠明.大尺度環(huán)境場影響中低層次天氣尺度系統(tǒng)發(fā)展和移動(dòng)的初步研究[J].氣象學(xué)報(bào),1991,49(4):574-580.
[12] 李川,陳靜,何光碧.青藏高原東側(cè)陡峭地形對一次極端降水過程的影響[J].高原氣象,2006(25):442-450.
[13] 陳棟,李躍清,黃榮輝.在“鞍"型大尺度環(huán)流背景下西南低渦發(fā)展的物理過程分析及其對川東暴雨發(fā)生的作用.大氣科學(xué),2007,31(3):185-201.
[14] 李國平,萬軍,盧敬華.暖性西南低渦形成的一種機(jī)制.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),1991,2(1):91-99.
[15] 劉健文,郭虎,李耀東,等.天氣分析預(yù)報(bào)物理量計(jì)算基礎(chǔ)[J].氣象出版社,2005(1):64-69
[16] 唐東升,王建德,劉文泉.夏季華南降水與水汽輸送氣流及大氣加熱場的關(guān)系[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),1994,17(2):148-152.
[17] 周軍,薛宇峰,劉宣飛.1994年8月亞洲季風(fēng)區(qū)水汽的源匯分布和輸送[J].熱帶氣象學(xué)報(bào).1998,14(1):91-95.
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[20] 柳艷菊,丁一匯,宋艷玲.1998年夏季風(fēng)爆發(fā)前后南海地區(qū)的水汽輸送和水汽收支[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2005,21(1):55-62.endprint
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