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地理水脉效果图有助于建立水资源的全局观: 热度 11 kiwaho 2017-10-12 11:13; 地理学起来枯燥无味？非得死记硬背？我看不见得。长期的地形、地质、水文调查，早已攒够了原始数据，若与强大的计算机系统结合，定能将枯燥的数据演绎得活灵活现。世界各国都在利用各自的这些数据，忙着建立优秀的地理信息系统。实践表明，可视化展现各类数据做得好的话，可以高效科学地指导国民经济规划和发展。我对水资源独有情衷，尤其对于有小水电开发潜力的河流感兴趣。特与博友们分享最近网上看到的几个大国的水脉效果图。 1 、美国美利坚合众国的浮雕版 3D 地形图浮雕3D地形图，不是啥发明，很早就有了。结合地形地貌图，理解下面介绍的新发明--水脉图，就很有帮助。美国水脉效果图该效果图生动地显示了河流分布、水流方向、分水岭等信息。线条越粗，代表汇集的水流量越大，水从细线代表的位置，流向粗线代表的位置。分水岭为不同颜色区域的交界线，很可能是山脉或丘陵的顶线。有了这张图，任何地方下雨之后，水往哪里流就一目了然。上图中央的大片紫色区域，代表美国著名的密西西比河流域的汇流情况，其入海口位于新奥尔良市。记得吗？若干年前的那次台风Katrina 把该地蹂躏得很惨！原作者将超高分辨率的效果图拿去卖钱，低分辨率的免费分享给社会。要达到商用级别，地面分辨率也许要达到1米，像素至少达亿级。美国这家商用GIS开发商，提供网上在线分析美国境内任何位置的流径指示： http://watersheds.fernleafinteractive.com 大家不妨体验一下，感觉杠杠的！降水量 - 蒸发量 = 盈亏量，大于零表示理论上可净赚的水，小于零表示水流失。这里的蒸发量来自气象站的蒸发皿测量值，使潜在（potential）的能力，不是实际蒸发量。美国的水盈亏图 2 、中国中国地形3D 地图图中一眼就可看出几大盆地：塔里木盆地、准葛尔盆地，以及四川盆地，还有高高隆起的西藏高原。中国水脉图上图分辨率不高，但结合前面的地形起伏图，仍很容易明瞭长江和黄流两大流域的发源地和流向。这既是水脉，也是中华民族的龙脉啊！国土资源部肯定对这个感兴趣，想深度开发的公司，商机大大的。中国大陆水的盈亏图 3 、加拿大加拿大地形3D 地图想找一张类似中美那样的水脉图，翻遍互联网没有找到。哪位朋友能帮忙做一份？先谢了。绘制水脉效果图的原始数据，可从这个政府网站链接得到： http://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geography/atlas-canada/selected-thematic-maps/16888 绘制水脉效果图的核心算法，我想只有这一条：水往低处流。若某点刚好处于局部水平面上，则任何方向流动的概率均等。显然地形海拔数据也是必须的原始数据。不知谷歌数字地球有否接口，其实各地政府也免费供应这类数据。有兴趣开发加拿大水脉效果图的朋友，我可以帮助向政府推销。加拿大的水盈亏图最后来首感叹调歪诗，水平确实有点水，诗人们不笑话就好：水啊，水，生命的源泉，也是完美的能源。没有水，你啥也不是，水灵灵，你生机勃发。人类择水而居，上苍驱水循环，世界文明随水起舞！; 12328 次阅读|16 个评论

【数据】全球高精度地形数据下载(Sandwell and Smith地形数据): JerryYe 2017-3-29 15:51; 1.进入网站 http://topex.ucsd.edu/marine_topo/mar_topo.html 2.点击进入数据下载界面 3.设置需要提取的地形数据经纬度范围，由于数据精度比较大，大范围的数据需要分块进行下载，设置好之后，点击“get data” 4. 将数据拷贝到文本中，例如‘.txt’ 【附】Matlab对上述数据进行网格化处理的程序： clear all;clc load('E:\\Dataprocesstopodatatopo_raw.txt') Lon=sort(unique(topo_raw(:,1)),'ascend'); Lat=sort(unique(topo_raw(:,2)),'ascend'); lon=repmat(Lon', ); lat=repmat(Lat, ); for i=1:length(Lat) for j=1:length(Lon) idx = find(abs(topo_raw(:,1)-lon(i,j))=0 abs(topo_raw(:,1)-lon(i,j))0.009... abs(topo_raw(:,2)-lat(i,j))=0 abs(topo_raw(:,2)-lat(i,j))0.009); topo(i,j)=topo_raw(idx,3); end end 最终用到的数据变量为：lon, lat, topo.; 个人分类: 数据|16789 次阅读|0 个评论

风向是比水汽和地形更重要的成雨条件: 热度 2 jiasf 2016-12-10 00:51; 有希望通过向新疆调水来改变干旱气候的同志经常给我留言，希望我给他们的文章提点意见。以前我曾经发表过一些意见，今天再说点看法。地球上各地的降水差别很大，多的一年上万毫米，少的不足50毫米。究竟是什么决定的？降水来源于大气中的水汽，所以无疑水汽的多少是很重要的。但同样靠海的地方，来自海洋的气流水汽含量都相对丰富，为什么像印尼这样的地方降水很多？而像西撒哈拉、澳洲西部等地却降水很少？地形无疑也是决定降水的因素。在山脉的迎风坡降水较多而背风坡降水少很多。但仍然存在既靠近海得水汽之便、又有高达山脉的地方，降水也很少，例如秘鲁、智利的大片地方，西邻太平洋，东依安第斯山脉，却有大片干旱的荒漠存在。显然，水汽只是降水的必要条件，山脉只是降水的可能条件（不是必要条件），而都不是充分条件。看看地球表面的盛行风向以及海流方向与降水分布的对比，就会发现一个很有意思的现象：风向、海流从冷往热流的地方，降水都偏少，而风向、海流从热往冷流的地方，降水往往都多。这给人一个启示：或许风向是比水汽、地形更重要的决定降雨的因素。从道理上来说也是如此：冷气团饱和水汽含量低，热气团饱和水汽含量高，当冷气团流向温度高的地方时，气团升温变得相对湿度低，根本不会有水汽凝结成雨——这正是山谷焚风效应的成因！相反，如果带着水汽的热气团流向冷的地区，空气相对湿度会提高，水汽就会凝结成雨！; 个人分类: 知识点滴|4047 次阅读|9 个评论

[转载]樊晓英老师对增加西北降水量的一些思考 (3): 热度 1 zhgatcl 2014-9-27 16:59; 不谦虚地说，我的研究对国家可能有很大作用。我主张向西北调水，我的研究结论是特大规模调水能彻底改变西北干旱少雨的恶劣气候。为证明以上论点，我一共写了 10 篇预印本论文，详见以下博客： ① 半个世纪气候变化的事实证明：向新疆调水 , 当地降水量能成倍增加； ② 历史气候也证明：向新疆调水，当地降水量能成倍增加； ③ 气象统计数据也证明：向新疆调水，当地降水量能成倍增加； ④ 青海湖流域的气候事实也证明 : 向新疆调水 , 当地降水量能成倍增加； ⑤ 四大圈层相互作用与影响：向新疆调水 , 当地降水量能成倍增加； ⑥ 学术权威与高校教科书的表述截然相反，到底谁对谁错 ? ⑦ 四两拨千斤，三山夹两盆的新疆有极大的 “ 调水倍增效益 ” ； ⑧ 低层水汽与高层水汽所处环境的差别很大 , 变成降水的比例相同吗 ? ⑨ 多重证据链网络证明：向新疆调水，当地降水量能成倍增加； ⑩ 为什么说塔里木盆地有以一当十甚至更大的 “ 调水增效倍数 ” ？！。水是生命的源泉，西北干旱地区有水的地方就是绿洲，没水的地方就是沙漠。樊晓英老师也主张向西北调水，并认为向西北调水能改善西北的生态环境、增加西北下垫面的植被，还能增加西北的降水量，樊老师的观点与我的论点比较接近。现把樊老师增加西北降水量方面的第 3 篇博文作如下转载，建议专家学者将我的研究结论与樊老师的观点结合起来思考，这样或许能产生一些智慧的火花。转载：影响降雨的重要因子樊晓英 2014-9-1 15:09 原载 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=117615do=blogid=824070 在分析影响降雨的重要因子之前，我想回忆一下我这半辈子所经历的几次非常重要的降雨事件。 1976 年夏季唐山地震，从那以后连阴雨一直下了一个多月，我的家人一直住在麦草搭建的草棚里面； 2001 年六月 8 日我到秦岭上去，晴空艳阳刹那间从秦岭山区南方向北方飘来云团，下起了瓢泼大雨电闪雷鸣，从此我知道了其实雷阵雨不仅仅从北山而来，还会从南山过来。 2007 年四月初某一天我在榆林帮别人在地里面种玉米，突然从西北方飘过来一朵云，按照以往的经验我认为这不会产生降雨，但是这时候不仅下起了雨，而且雨很大，雨水很冷，从此后我改变了一朵云不会成雨的观念。 2007 年七月底在杨凌林学院的实验楼上，下午三点多突然电闪雷鸣，吓坏了我的小孩，也吓坏了我，闪电不间断，而且从实验楼到行政楼到宿舍楼等几个楼之间不断转换放电，巨大的闪电就在我的头顶，时间长达半个多小时，从此我改变了雷阵雨的雷电能量一般，不足畏惧的观念。 2013 年 8 月 4 日在榆林下午六点以前还是风和日丽，我们一伙人还去了红石峡游玩，但是六点一过从北方过来的云团漆黑一团，一会儿就电闪雷鸣，大于瓢泼，街道上核桃大的冷子冰雹铺天盖地而来，街道水深超过脚踝，雨水冰冷异常，当天降雨 67 毫米，无数汽车遭到了剥漆之厄。我还经历过多次雷阵雨连续下三天的事情，包括去年 8 月 4 日雷阵雨前后。 2010 年 4 月 12 日突然大雪，持续低温一周左右，冻害严重； 2013 年 4 月 6 日的小雪加冻害，还有 2002 年 4 月 10 日也是突然天降凌霜雪，气温很低，这几次低温事件使我认识到春季气温上升太快绝对不是好事情，预示着霜冻的来临。还有 2007 年初冬我在杨凌，那一年每天晚上整个杨凌镇大雾弥漫，小雨蒙蒙，这种情况持续了十几天时间。 2007 年的天气绝对是历史上绝无仅有的，那一年冬季 2008 年开始的春节期间中国南方地区突然大面积降了冰凌雪，导致大面积交通瘫痪。当然，我没有经历过巴山夜雨和西藏夜雨。这一切经历使得我对降雨形成的原因有了更深的体验，我不得不对降雨的影响因子进行分析。一般来说，根据降雨的形成原因可以把降雨分为四类：对流雨、地形雨、锋面（气旋）雨、台风雨。基本上把影响降雨的因子可以归结为：地形、气团、热交换和下垫面性质。首先从气团说起。什么是气团？气团就是在大尺度范围内（至少一千公里吧），在均质的下垫面上形成的，具有基本相同的温度、湿度、厚度和气体元素结构的空气团。只有在下垫面的情形比较一致的时候才会形成气团，也就是说气团的特点也具有均质性。例如冬季在西伯利亚上空形成的冷气团，夏季在太平洋上形成的湿热气团。当气团在外部环境，尤其是不同气团之间具有压力梯度的时候开始相向运动，其接触面形成“锋面”。锋面是冷热气体、干湿气体交换区域，因此也是乱流盛行区域，所以也是形成降雨的区域。但是由于气团的性质不同，两个气团相遇不一定产生降雨，这主要决定于气团内水汽的多少。两个气团相遇一般有以下几种情形：当一个干热气团和另一个干热气团相遇的时候不产生降雨，而是产生大风。例如每年春季西北地区的沙尘暴。当一个干冷气团和另一个干冷气团相遇的时候不产生降雨，而是产生大风。例如冬季有时候产生的大风。当一个干热气团和另一个干冷气团相遇的时候有可能产生很小的降雪或者不产生降雨，但是必然产生大风，这种情况下气团之间的压力梯度力很大，往往造成霜冻灾害。当一个干热气团和另一个湿热气团相遇的时候可能不产生降雨也可能产生降雨。当干热气团的温度远远高于湿热气团的时候往往产生极大的乱流，有利于形成雷阵雨；但是由于干热气团对湿热气团有加热作用，使得湿热气团不能达到饱和或者超饱和状态，无法形成降雨条件，这时候就不降雨。当一个湿热气团和另一个湿热气团相遇的时候会产生强降雨，这时候由于两个气团的温度差，温度低的气团向高温气团的底部伸进，从而抬高另外一个气团使得抬升气团很快形成饱和水汽压，云滴凝结增长，冰晶效应产生，形成降雨。当一个湿热气团和另一个湿冷气团相遇的时候会产生持续的连阴雨。这种情况下气团往往在锋面形成对峙，气团停留时间长，锋面持久。这种情况往往出现在秋季。当一个湿冷气团和另一个湿冷气团相遇的时候会产生持续的连阴雨或者雾霾天气。中国近几年的雾霾天气实际上就是这种情况。另外，当单一的气团统治某个地区的时候往往形成干旱天气，尤其是没有水分的气团（来自大陆的气团）。而来自海洋的单一气团往往形成地形雨和雷阵雨。例如非洲西海岸和南美洲西海岸，这两个地区距离海洋很近，但是长期受到单一气团控制，很少形成降雨，在非洲西海岸和南美洲西海岸形成大面积的沙漠。在我国的三北地区是西风带的沉降区，西风带带来的风中所含的水汽很少，加上西风带的沉降风把势能转化为了空气分子的动能，即转化为温度，所以使得地面更加干燥，而西风带沉降的地区形成单一的干燥高温气团。这就是为什么每年夏季新疆蒙古地区的温度反而比许多低纬度地区高的一个重要原因。在西风带地区形成的气团是干热气团，受这个气团控制的地区形成副热带高压带外界气团很难侵入，长期干旱。所以，新疆甘肃陕北内蒙和辽河平原地区夏季往往出现旱情。形成降雨或者不降雨的因素还包括“行星风系”和“大气环流”。所谓的行星风系，指不考虑海陆和地形的影响，地面盛行的风的全球性模式。尽管行星风系讲的是地面风。但是地面风是由大气环流组成的，所以“行星风系”和“大气环流”都会对降雨产生影响。影响我国的大气环流主要是 Hadley 环流（信风环流）和 Ferrel 环流（中纬度环流）。在赤道地区，由于太阳辐射热很强大，也由于赤道的自转线速度很大，达到了 400 米每秒。所以赤道地区的对流层很高，最高达到 16 公里，但是水汽的最高上升高度一般不会超过 8000 米。当由于热膨胀而获得的升力把空气和水汽提升到对流层顶端的时候，形成高压，相对于高纬度地区的相同高度形成水平压力梯度力，方向向南或者向北。这时候赤道上空的空气向高纬度流动，由于高纬度地区的地球自转线速度比赤道上空小，所以相对于原位置，空气向西北偏斜，受到地球自转偏向力的作用，最终这种风在南北纬度 25~55 之间形成西风，这种西风常年都有，一般高度在 4000 米上下。这个西风带对我国的气候和降雨有非常重要的影响。西风带从西向东运动的时候受到了西藏高原的强烈影响，向北产生了北支流，向南产生南支流。夏季西风带向北移动到达新疆蒙古地区，北支流强劲，气流下沉产生反气旋（中间气压大周围气压小），下沉气流向北影响了外蒙和西伯利亚，向南使得陕西和甘肃出现干旱，从而在我国西北地区形成稳定的干热气团，非常稳定。这个气团由于是反气旋，所以形成一个地面高压区，称之为副热带高压区，这个高压区阻止从沿海吹来的东南风的进入。使得东南太平洋近地层形成的高压和该高压相互平衡，其压力在 997 百帕到 990 帕之间，压力梯度很小，水汽不能到达西北。所以西风带对我国三北地区的气候和降雨有决定性影响。但是西风带本身又会受到太阳辐射，季节和其它环流的严重影响，所以全球的大气环流变化对我国也有很大影响。例如，西风带的风不仅是线性流动的，而且是具有波动性的，西风带的波动分为长波和短波，短波的一个波长一般在一千公里，长波的波长可以达到 5000 公里。而波长和波幅受到 Hadley 环流（信风环流）和 Ferrel 环流（中纬度环流）的影响。例如厄尔尼诺现象，太平洋的海水有一个热力环流叫沃克环流，在秘鲁厄瓜多尔海岸是冷水上翻区，每年的 11 月至次年的 3 月向东流动的赤道暖流得到加强。恰逢此时，全球的气压带和风带向南移动，东北信风越过赤道受到南半球自偏向力的作用，向左偏转成西北季风。西北季风不但消弱了秘鲁西海岸的离岸风——东南信风，使秘鲁寒流冷水上翻减弱甚至消失，而且吹拂着水温较高的赤道暖流南下，使秘鲁寒流的水温反常升高。这股悄然而至、不固定的洋流被称为“厄尔尼诺暖流”。厄尔尼诺现象是发生在热带太平洋海温异常增暖的一种气候现象。大范围热带太平洋增暖会导致热带上升气流的量、温度、强度、波幅和波长都发生变化，因此向北纬副热带沉降的气流的大小、范围、强弱等要素也发生变化，从而影响我国气候和降雨。今年是厄尔尼诺现象爆发年，我国北方夏季持续高温干旱。由于西风带范围很大而且有很强的波动性，所以其它高空风带的波动，对于西风带也有很强的影响。拉尼娜现象就是赤道太平洋东部、印度洋海面温度持续异常偏冷，导致高空气流波动，进而引起西风带波动对我国气候造成影响。在西风带沉降区产生的高压在地面形成信风，向东南流向赤道。但是由于中国地形非常复杂，这种信风的风向、风力都发生很多变化，形成很多小气旋。这些气旋时而阻止，时而顺和了东南水汽正常进入中国内陆，造成中国内陆地区的降雨变率非常大。我国西北内陆地区要彻底消除干旱的威胁，增加降雨最主要的一条就是如何减弱西风下沉带的空气温度，增加该地的空气湿度；第二是如何把反气旋的气压降下来，使得海洋上和内陆之间的水平压力梯度力增大。我们假定在这个带上有一个大的湖泊，当西风带下沉空气到了湖泊面上时，由于湖泊水分蒸发带走潜热，空气温度下降，同时下垫面的温度也下降。而蒸发的大量水分由于受到西风带下沉气体的气压影响，不会向太高的地区蒸散，而是随着近地层风吹动。当水汽集聚到一定程度的时候会形成降雨云层，从而影响当地气候。所以只要有湖泊，一方面水的蒸发会消耗潜热使得空气温度降低，增加水汽饱和概率，另一方面水汽没有大尺度耗散的机会，从而增加形成饱和云的可能性，形成降雨。所以很显然，在西风带下沉区人造一个或者几个大的湖泊对于改变西风带的气候和降雨有很大影响。由于西风带的风既持久，又强劲，范围广，所以小的湖泊所蒸发的水分只能用于耗散和飘逸，不会对气压造成影响，但是如果湖泊足够大，数量足够多，那么带走的潜热会较大，气温就会稳定在较小数值，其压力也会减小，相对于海洋而言压力梯度力会增加，从海洋输送来的水汽就能够向内陆移动。地形对降雨的影响。对于云团来说，面对山地也存在一个上坡和下坡问题。上坡的时候动能减少，温度降低，势能增加，水汽的密度增加，因此水汽很快达到饱和和过饱和容易形成降雨。这种雨叫地形雨。地形雨也有产生的其它条件，这个条件就是有上坡的压力梯度。地形雨到底有多厉害？印度的乞拉朋奇，年平均降雨量达 12700 毫米，台湾东北部的火烧寥，著名的世界雨极，年降雨量达到 8408 毫米。地形雨不是雷阵雨。我们来分析山区，山区是雷阵雨即“对流雨”容易产生的地方。在热的三种传播形式中，辐射的速度最慢，对流的速度最快是辐射传播的十多倍，而传导的方式仅仅比辐射快一些。在空气中，由于空气是热的不良导体，所以传导在空气中的作用微乎其微。而辐射的作用不可小觑，但是对流最直接猛烈高效。而对流对温度差的要求很高。要对流必须在不同方向上有温度差，特别是垂直方向。而在山区由于各个山头山坡山谷的坡向不同，山头的高低不同，面向太阳的方向多种多样，因此山体中温度的分布很不均匀，各个山体反射太阳辐射的方向各不相同，阳光转化为热辐射以后的散射方向也不相同，所以很容易形成对流。垂直方向的对流伴随着势能和分子动能（温度）的急剧变化，当温度达到饱和水汽压甚至成为过饱和状态的时候就很容易形成雷阵雨。对于山区和森林地区我们可以视之为一个黑体，可以认为它们符合基尔霍夫热辐射定律、普朗克黑体辐射定律、斯忒藩－波耳兹曼定律。实际上在现实中不存在百分之百的反射体，即绝对白体，也不存在百分之百吸收辐射而不释放的吸收体，即绝对黑体，总是介于两者之间。即吸收率、反射率和穿透率之和是总辐射能量。对于山体和森林来说，穿透率可以视为零。斯忒藩－波耳兹曼定律的定义为：黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比，系数称为称斯忒藩 - 波耳兹曼常数，其值为 5.669 × 10-8 W/(m2 · K4) 。从普朗克黑体辐射定律可以得出结论，森林和山体土壤以可见光的形式吸收的热量会以长波辐射的形式释放出去，即以红外辐射释放。其夏季不同景观辐射的能力计算如下：森林地区，昼夜温差达到十多摄氏度，晚上为 20 度，即 293.15k ，白天温度为 35 摄氏度，即 308.15k 。所以通过辐射把白天获得的辐射能的散失掉 92.5W 。新疆沙漠地区日温差高达 60 摄氏度，白天温度可以达到 50 摄氏度（ 323K ），晚上温度下降到零下十摄氏度 (263K) 。以此计算通过辐射把白天获得的辐射能的散失掉 337.3W 。假定白天森林和沙漠获得的能量是一样的，但是晚上散失的能量却相差很大？那么我们要问？森林获得的多余能量哪里去了？一方面森林把一部分能量通过光合作用转化为了生物能，另一方面森林把一部分能量通过水分蒸发转化为了潜热能，还有森林把一部分能量通过土壤和树木传导给了地下。这样就能够说明实际上森林是一个高能量体，它能够起到平衡温度，减小温度日较差的作用，因此它是一个稳定体。森林不仅能够平抑日较差，还能够平抑温度的年较差，使得冬天森林内没有外界冷。但是沙漠几乎把白天吸收的能量在夜间全部丧失殆尽。那么我们要问，既然沙漠把白天吸收的热量散失尽了，那么它的近地层水汽浓度如何，地下温度又如何？很显然如果沙漠上空含有水汽，那么在夜间很可能变成露水，它很容易就能够达到露点，所以沙漠上空总是干燥的。沙漠的地下温度应该比同类地区的土壤温度低，原因就是辐射热散失了大部分白天吸收的热量，地下温度低还意味着地下水的温度很低，这一点我已经在毛乌素沙地里深刻地体验过，毛乌素沙地的地下水在盛夏时节也是冰冷的。由于地下温度低基本不蒸散，晚上又容易结露水，所以沙漠的地下水应该较丰富。沙漠中的能量从来就不储存，白天吸收，晚上辐射。而它的潜热能量很少，几乎没有转化为生物能，也没有在地层下面储存，沙漠上空的对流也没有山区和森林强大丰富，所以沙漠上空很不容易形成对流雨条件。而森林地区吸收的能量只有很少一部分转化为了辐射能散射，一部分转化为潜热存在于森林上下内外；另一部分能量转化为对流时候的机械能，形成风或者雨，还有一部分则储存在树干和土壤中。所以森林是一个温度稳定体，是一个能量储存体，当气团经过森林的时候不会损失能源和水汽；含有水汽的气团在经过森林的地区的时候它的性质不会有多大变化，因此在有森林的下垫面上该种气团可以移动很远，例如从浙江沿海移动到陕西，它依然可能是水汽丰富的高温高湿气团，在陕西留下丰富的降雨。但是如果暖湿气团经过类似于沙漠的地带，该气团的性质很快就会改变，水汽会因为极大的温差而变为暴雨降落；气温会因为高温差而增高，最后气团变性。当该气团从浙江经过沙漠地区的河南到陕西的时候，由于气团变性不会给陕西带来降雨。由于森林是一个能量储存体，那么意味着当盛夏过去，秋冬来临的时候，森林同比与裸地和农田，其内部温度的下降缓慢，在有大片森林的地区很可能形成一个中尺度的暖湿气团，给森林周围送去降雨。也意味着森林地区的温度年较差同比农地和裸地小，因此类似霜冻、暴雪等自然灾害少一些，其水分利用效率远远高于其它地类。所以说下垫面的热力学性质也会影响降雨的发生。另外我们认为地震波以及类似的强波也会影响降雨的发生。地震波有纵波、横波和面波之分，也就是说各个方向上都会有强烈的波幅震荡。所以当地震波冲击大气的时候可能会导致大气瞬间强烈压缩，从而使得水汽过饱和形成降雨。当然也可能会因为地震波影响整个天气系统的波动，从而影响大气环流和行星风系，导致滞后于地震的强降雨。例如 1976 年， 2008 年五月十二日地震，当年秋季该地发生了历史罕见的强降雨和泥石流，地震和秋季强降雨似乎有某种联系。台风雨是怎样形成的？台风雨是在赤道地区的海洋上形成的，由于太阳辐射太强，导致大量的水分蒸发到了空气中，但是由于空间相对狭小，结果形成过饱和水汽团，这个气团原本要形成降雨，但是由于洋面上都是高温，缺乏凝结核等要素，所以洋面上空水汽持续集聚，导致的结果是在洋面上空某个地方集聚的水汽浓度太大，而围绕这个中心的空气水汽相对少一些，于是形成一个由水汽压主导的压力梯度，这个压力梯度使得空气团中心升力强大中心位置空气上升很快，形成相对低压区，周围其它形成高压，所以形成一个从周围向中心流动的气流，气流受到地球自转偏向力的影响，形成气旋，气旋一旦开始旋转就能够带动它的周围的湿热空气一起旋转，从而形成热带风暴。热带风暴的气旋中心的空气以极高的速度上升，带动周围空气高速旋转，中心位置的速度越是强大带动的周围的空气越多，形成的气旋越大。气旋不仅自身旋转，而且在外界四周空气压不平衡的情况下径向移动。外界四周空气压不平衡的原因往往是高纬度地区和大陆地区，因为相对于台风高压大陆空气压是很小的，高纬度由于受到的太阳辐射少，能量不足自然也是低压区。所以一般来说热带风暴总是向大陆和高纬度地区移动，给沿线大陆带来强大的雨量。据记载在 24 小时内，印度洋的留尼汪岛的塞劳司 1952 年 3 月 15 － 16 日雨量达 1870 毫米。 1996 年 7 月 31 日，受 9608 号台风影响，台湾嘉义县阿里山 24 小时降雨量 1748.5 毫米。 1975 年 8 月 7 日 , 受 7503 号台风影响 , 河南中南部出现特大暴雨 , 驻马店地区泌阳县林庄 24 小时降雨量达 1060.3 毫米 , 南阳地区方城县郭林 24 小时降雨量达 1054.7 毫米。 1996 年 7 月 31 日，受 9608 号台风影响，台湾嘉义县阿里山 24 小时降雨量 1748.5 毫米。 1967 年 10 月 17 日，受 6721 号台风影响，台湾宜兰县新寮 24 小时降雨量达 1672.6 毫米。洋流对于降雨也有很大的影响。不用问，地球上赤道周围的洋流肯定是追着太阳和月亮跑的，所以洋流的流向肯定是从东向西流动的，但是还有一个原因就是赤道上升起的气体在高纬度地区形成西风带以后还想成了一个地面信风带，而海洋上的信风带一般都是从东向西流动的。这虽然是两个原因，但是两个原因之间有某种渊源——地球自转本身可能就是太阳引力引起的海潮引起的。以赤道洋流为轴心，形成了各个大洋的洋流系统。可以肯定的是洋流不仅给大洋东海岸的人民带来温暖的水流和海洋生物，而且给东海岸带来丰富的水汽和降雨。亚洲、非洲和南北美洲的东海岸都是降雨丰富区，发达的农业区。大西洋赤道洋流的一个分支湾流和北大西洋洋流给处在高纬度的欧洲带来湿润温暖的气候。综上所述，我们详细地研究了形成降雨的各种重要因子，包括地形、地面辐射、近地层气团、大气环流、气旋、西风带、地震波、洋流等。目的是为我国渤海水向西调运提供理论依据。我们最终找到了。就是三北地区是西风带下沉区，水汽缺乏向上逃逸的动力；干旱地区太干燥的空气团缺乏垂直对流的动力，其辐射散热能力很强，但是储存能量的能力不足，只有开辟湖泊增加当地能量储存能力，增加潜热交换才能够增加降雨，降低温度日较差和年较差，从而在夏季增加海洋和内陆之间的水平压力梯度力，有望使远洋上空的湿空气吹佛到西北带来水汽和降雨。 ( 注：原文个别地方明显的打字错误，转载时做了修改）; 个人分类: 转载专家观点|1594 次阅读|2 个评论

近岸地形和水深数据处理: 热度 1 jingxu00212027 2013-10-11 09:45; 注：题目写的有些大了，实在想不出更准确的名字了。之前写了一篇地震海啸数值模拟的论文，涉及到近岸地形和水深数据的处理问题。首先地形和水深数据的参考基准面不同(datum)，之后是需要对数据进行等间隔网格化。按照一位老师的建议，把主要的步骤记下来，怕将来忘记，其实时隔近2个月了，有些地方还真忘了。参考了一些地震海啸数值模拟的文章，发现一般都是使用ETOPO2数据库，猜测可能是因为这个数据库既有地形也有水深数据，海啸源多为远洋地震，外海区域水深值较大，模拟结果不敏感，而且输出结果也是以10米或更深等深线处的海啸波高为主，对近岸地形和水深数据要求不高。我的论文中考虑的是局部地震海啸，震源离岸较近，而且希望能输出更近处的海啸波变化情况，因此需要使用近岸地形和水深数据。整体思路是沿海陆地高程使用GTOPO30和SRTM作为原始数据，近岸水深数据使用电子海图作为原始数据。GTOPO30和SRTM的参考椭球均为WGS84，竖直向基准面分别为为MSL(mean sea level 平均海平面)和EGM96，二者在我国沿海地区数据网格大小分别为30弧秒和3弧秒上，述数据库的其它内容可参考USGS网站(最近这两天可能不行，US政府关门了)，链接如下： GTOPO30： http://www.agiweb.org/pubs/globalgis/GTOPO30/GTOPO30.html SRTM： http://srtm.usgs.gov/ 电子海图的参考椭球也是WGS84，竖直向基准面为局部海域验潮站的基准，通常为当地的略低于最低低潮面( Mean Lower Low Water )。因此地形和水深数据的水平参考面是相同的，只需要考虑竖直向基准面的差异。首先根据海图的范围，从GTOPO30或SRTM数据库中下载相应的部分，使用GMT程序转换为xyz文件。例如：对于GTOPO30 grdraster 33 %range% -I2m -G%temp1% grd2xyz %temp1% %range%%temp2% 对于SRTM xyz2grd %hgt% -G%temp2% -I3c %hgtrange% -N%depth% -ZTLhw grdcut %temp2% %range% -V -G%temp20% grd2xyz %temp20% %range% %temp200% 在使用gawk程序对原始数据进行竖直向校正后，将地形和水深数据写在同一个文件中，其中%temp3%为地形数据文件名，%txt%为水深数据文件名 gawk NR==FNR {print $1, $2, $3} ; NRFNR { print $1, $2, $3} %temp3% %txt%%temp4% 在分别按照原始数据的网格大小，使用GMT程序的 blockmedian和surface命令网格化,再用grd2xyz转换为xyz文件。对GTOPO30 blockmedian %temp4% -I30c %range% %temp5% surface %temp5% -G%grd% -I30c %range% grd2xyz %grd% %range% %xyz% 对SRTM blockmedian %xyz% -I3c %range% %temp4% surface %temp4% -I3c %range% -G%grd% grd2xyz %grd% %range% %xyz% 最后，画等值线图，观察结果是否有明显的错误。整个处理过程参考了台湾大学和胡植庆教授的讲义，链接如下： http://www.gl.ntu.edu.tw/geodesy/index.php?option=com_contenttask=viewid=30Itemid=49 关于各种竖向基准面的定义和相互关系，可以参考下述链接： http://tidesandcurrents.noaa.gov/datum_options.html; 个人分类: 地震海啸|7505 次阅读|1 个评论

复合型废柴：生物学，地形学，水力学，遥感GIS: 王晨 2010-10-21 20:44; 我目前的位置很奇特：生物学博士，研究地形学，做水力学试验，主要是体力劳动，肌肉训练好在俺的研究还有一部分遥感GIS，否则俺的硕士就白念了; 个人分类: 未分类|3337 次阅读|0 个评论

[转载]奇异的地形图: s20071025 2010-4-2 11:33; 新西兰的卫星图片北欧附近的一个岛屿卫星图一个不知名的海湾航拍南斯拉夫境内一小山实拍南美火地岛--传说中的地狱入口太平洋中的星星与月亮; 个人分类: 世界奇观|2519 次阅读|2 个评论

研究进展: husg2008 2009-11-19 00:47; 1 牙买加是典型的热带喀斯特； 2 生物地质地形数据库的定位； 3 建立这样一个数据库的目的为实现牙买加喀斯特地形与植被密度的分类与定量； 4 具体的实现方法流程包括： ASTER 提供的 IMAGE-DEM- 地图代数 -GIS- 统计分析地形； ASTER 提供的 IMAGE- 结合地形、坡度、坡向、 NDVI- 统计分析植被密度 5 结论：雨季时，各种地形平均 NDVI 值都为 0.8 ，表明雨季时，各种地形中的植被密度都很高，各种地形上的植被具有一致性特征，但是在空间方位上，植被密度自东向西有增加趋势；除了研究区喀斯特地形指标外，当地旱季时的 ASTER 数据与 4m 更高分辨率卫星数据是判读喀斯特区植被密度种类的两个重要指标。来源： Chenoweth, Michael Sean , Ph.D., 基于空间数据库开发的牙买加喀斯特地形与植被解译， 2003 ，美国威斯康星大学博士毕业论文; 个人分类: 科研笔记|3552 次阅读|0 个评论

世界土地整治千年规划: 热度 1 fanxiaoyingz 2009-8-27 13:01; 世界土地整治千年规划记得高中时候有个同学对我这样评价：你这个人就是爱空想，他认为我是个典型的理想主义者。时隔 20 年，我依然常常记起这句话，因为这句话是对我偏颇的，但是极端准确的个性评价。纵观 20 多年来的我，也的确在空想和现实之间磕磕碰碰，飘渺无定。然而，我还是痴心不愈，今天在这里写出我最为狂妄的世界土地千年构想。我是学习水土保持的，水土保持是个典型的应用科学，大体可以分为三个研究方向，一个是土壤，一个是植被，一个是水利，而水土保持则是这三个的综合体。总的来说基本还是土地整治，环境之类的科学。所以对于土地整治我还是有些感性和理性认识的。对我影响很大的一本课本是《自然地理学》，这本书是在我从事这个行业已经十几年以后才看到的，然而其中系统化的理论使得我懂得了以前许多没有理顺的理论知识，解决了许多以前一直困惑的问题。该书说气候的本源不是大气本身，而是大洲和大洋，大气的的权重仅仅占 3% ，大洲和大洋的权重达到 97% 。这就告诉我们解决降水问题解决干旱问题的根本不在气候的大气本身，而在大陆，在于距离海洋的远近，当然大气流动的方向也是一个极端重要的因素。人要影响降雨，改变气候条件，根本出路在于大陆和大洋，简而言之是水和土地。为什么大陆和大洋对于气候的影响远远大于空气呢？我们从根本上来分析。下面是各种成分的比热、热容量、导热系数 (W/m ℃）和导温系数 (cm2/s) 表。从表中可以看出水的比热和热容量最大，土壤有机质的较大，粘土矿物和花岗岩的比热和热容量是水二分之一至四分之一，空气 (20 ℃ ) 的比热和热容量的比热是水的四分之一，热容量是水的四千分之一。而水和空气的导热系数 (W/m ℃）和导温系数 (cm2/s) 则完全相反，水的导热系数在自然界很大，而导温系数很小，而空气的导热系数在自然界很小，而导温系数很大，粘土矿物介于两者之间，当然金属的导热系数 (W/m ℃）和导温系数都很大。土壤成分粘土矿物土壤有机质花岗岩水空气 (20℃) 冰 (0℃) 比热 (J/g℃) 0.75-0.96 2.50 0.837 4.18 1.003 2.101 热容量 (J/cm3℃) 2.048-2.424 2.708 2.177 4.18 0.001 1.900 导热系数 (W/m℃ ） 0.1880 4.0546 0.6281 0.0209 2.1736 导温系数 (cm2/s) 0.0070 0.0190 0.0015 0.1610 0.0120 这就告诉我们一个道理，在吸收相同热量（太阳辐射）的情况下，水的温度升高很慢很小，而土壤和空气升温很快很高。这就必然形成土地和水域之间的温度差，这种温度差通过热交换对下垫面和近地层空气形成明显的影响，从而形成气压梯度差，形成风的机制。不管是海陆风，还是山谷风，还是湿地陆地风都是这个原理。在水平层面上形成风，而在垂直层面上形成乱流湍流。而大地气温的垂直直减率是 0.65 ℃ /hm 。这个数据告诉我们，如果地面温度是 30 ℃，那么要使得空气中的水凝结成冰块或者达到饱和状态，云的最高上限高度是 4650m 。所以实际上，在对流层中，云的绝大多数都在 6000m 以下。而 2000m 高的山可以使水气温度下降至少 13 ℃，基本达到饱和状态，形成降雨的基本条件。据气象学说，迎风山地对降水的形成有促进作用，这主要是由于①原来空气层结是对流性不稳定或条件性不稳定的，风经过山地的机械阻障作用，引起气流的抬升运动，空气达到凝结高度后，在上述层结条件下，能加速上升运动的继续发展，凝云致雨；②当低压系统或锋面移到山地时，因地形的阻障作用，使低压系统或锋面移动滞缓，因而导致气旋雨或锋面雨雨时延长，强度增大；③当气流进入谷地时，由于喇叭口效应，引起气流辐合上升，如果空气潮湿，层结条件又适宜时，就会产生降水；④在大陆性气候区，夏季由于山坡南北增温情况不同，或由于谷底与山坡增温比谷上空气增温快，会产生局部热力对流，形成对流雨或雷暴雨；⑤气流经过崎岖不平的地形区域，因摩擦力的影响产生湍流上升运动，在其它条件适宜时，往往形成低层云或层积云，产生小量降水，如毛毛雨、小雨等。实际上，当云气团迎着山坡向上的时候，是绝热升高的降温过程，克服重力做功，自身温度降低所以很容易形成降雨，而在背风坡下降的时候是绝热下降，增温过程，形成的风也是焚风，干热无雨，破坏作用很大。所以，不仅大地的热容和比热对气候有重大形象，地形对于气候也有极端重要的影响，另外一个影响气候极其重要的因素就是风和风的方向。在地球上，由于行星风总是从东面向西面吹拂的，所以住在东海岸的人就是最幸福的。特别是中国，常年都在季风的关照下生活，风把湿润的空气源源不断地从太平洋、印度洋和北冰洋送到中国大陆，形成持续不断的降雨，滋润了植物，形成它富饶的土地，形成几千年经久不衰的文明。而西海岸虽然可能距离海洋近在咫尺，却依然干旱无边，文明不在。地球上另外一个经久不息的风是从赤道吹向极地的热力循环风，这种风在高空的多，但是依然是我们人类丝毫没有开发的资源，这种风把热量和水气送往极地和大陆深处，但是很难形成降雨，只有在水气下沉回返的时候才能形成降雨。所以，在大陆北半球夏季形成的是东南季风，而在大陆南半球夏季形成东北季风。我们就利用这种气候的大陆水域原理，风形成雨的原理和地形原理来构造我们的地球土地整治千年规划。我的具体设想是这样：在澳大利亚的大陆，南北方向凿开一个宽 2 ～ 3km ，深度在海平面以下 50m 的大运河，把南北两端的海水连通起来，把凿河形成的大量的土方堆积在河的东面内陆中央，形成一个高在 1500m 左右的高山，在大陆中间造一个长宽各 30km~50km ，面积在 900~2500km 2 。这样做的结果就能够有效地形成大面积的蒸发区域，形成很有效的降水机制，这样一来，澳大利亚大陆内部可以形成大约几万平方公里的绿洲。同样的规划也应用于非洲东海岸地区，可以向大陆深处开凿宽 2 ～ 3km ，深度在海平面以下 50m 的大运河，地点在温带，即南纬 0 ~35 ，每隔 300km 开凿一个，向内陆深入大约 500km 就可以解决非洲大陆的粮食问题。当然，非洲大陆东海岸周围的海拔提升太快，使得适合这个设想的地区大大减少。对于中国，要想根本改变北方地区长期干旱的状况，除过南水北调工程外，还应当从渤海向山西北部地区开凿一条这样的大河，而且在内部修造一个大约 900km 2 的大湖。这些湖泊和河道形成一个内陆蒸发带，当水汽上升的时候有可能形成降雨，把周围的土地浇灌，从而形成比较富饶的土地，养育许多人口。当然，这个设想必须有一系列的高科技和产业化措施相配套。遇到的首要的一个问题是海水侵入内陆会形成盐碱化土地问题。由于海水成份复杂，形成的盐碱化土地的成份也复杂。这就要求至少有比较好的提炼技术，由于大陆自身实现了海盐的浓缩，所以，只要有先进的提炼和利用技术就能有效保证这一计划的实施。遇到的第二个问题是这样做形成的土方量实在太大，如何才能大规模少费力地搬运这些土方。其实现在这个问题已经基本解决。全世界现在大型挖掘机，装载机、汽车和传输带的生产能力已经严重过剩了。这个能力基本具备。第三个问题是，到底这样做对于生态和环境的影响如何？这个问题初步结论是好处大于坏处。具体还不是很清楚。人类企图改变和控制气候，控制气象条件的欲望由来已久，然而通过改变大气环流，通过改变气象条件（比如人工降雨，击云防雹）对于气象的改变是局部的，是随机的，是有很多条件制约的。但是，从目前看，改变水域和陆地条件，增加内陆湿地面积不啻是一种最有效的办法。请各位专家原谅和容纳我这种大胆狂妄的设想。; 个人分类: 气候生态|4500 次阅读|1 个评论

感谢间谍卫星？: jlpemail 2008-5-29 06:51; 据报道：美国国务院 5 月 16 日宣布，美国将向中国提供四川震区的卫星照片，并在本周末向中国提供两架飞机的赈灾物资。据路透社的报道说，美国国务院发言人麦科马克表示，我们已经向中国提供了一些 ( 震区 ) 上空的照片。中国要求美国提供四川震区的卫星照片帮助寻找受灾群众和确认地震损失。以前，布什政府曾经向外国提供过间谍卫星照片用于救灾。美国间谍卫星拍摄的高分辨率照片可以详细的辨认出公路、铁路、港口等。一位中国驻美国大使馆官员称，这些照片可以帮助确定幸存者位置。还有报道表示，美国的间谍卫星，对于地面目标的分辨率可以达到 10 公分。这些报道，表明美国掌握了相关的间谍技术，可以对于任何自己感兴趣的目标和区域进行侦察。卫星技术只是一种手段，飞机（比如 2001 年免费送到海南来的）侦察也是一种手段。它们可以为灾区提供图片资料，也可以用于军事目的，后者是起出发点和落脚点。前者不过是副产品。那么，看在抗震救灾的份上，我们是否要感谢间谍卫星呢？参考文献：间谍卫星瞄准地震灾区境外趁机窥探解放军战力 2008 年 05 月 22 日 08:53 来源：国际先驱导报 5 月14 日，中国空军在汶川境内成功空降15 人。　　十万大军全力救灾　　此次地震对中国不亚于一场战略打击，境外军情部门企图借此了解中国军队从战略层面到具体作战层面的能力　　据中国国防部新闻发言人胡昌明大校 18 日介绍，截至 5 月 18 日 12 时，中国军队和武警部队共出动 113080 人参与四川抗震救灾。出动部队主要来自成都、济南、兰州、北京、广州军区，海军、空军、第二炮兵和武警等大单位，涉及海军陆战队、空降兵等 20 余个兵种。一场建国以来罕见的大规模非战争军事行动正在紧张展开。　　可就在全世界极度关注中国抗震救灾进展的同时，一些国家和地区的军情部门也带着复杂的心情，注视着这场大救援。　　间谍卫星瞄准灾区　　四川，向来是境外军情机构比较关注的地区。　　国外认为，中国当年的三线建设，使大批军工企业转移到四川等内陆地区，至今四川仍有众多要害军工企业，涉及中国的核、航空、航天、军工电子、重型机械等领域。这些军工企业及军备研发基地平时处于保密状态，不易侦察。但在地震发生后，伪装可能损坏，建筑物及内部情况可能暴露。加上人们忙于救灾，可能疏于平时的保密措施。这对观察者来说是个良机。　　 13 日，灾情发生的第二天。据路透社报道，美国国家地理空间情报局 (NGA) 情报分析人员就在分析由间谍卫星获取的四川大地震图像。 15 日，日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 在其网站上刊登了利用陆地观测技术卫星 (ALOS) 观测的地震地区数据图。当天，台湾福卫 2 号卫星拍到的震区图片，也在网上公布并流传开来。　　众所周知，卫星图片具有军民两用性，既可以用作地质科研和救灾，也可以用作情报侦察。美国的 NGA 由原中情局国家图像判读中心和国防部情报局图像分析处等单位合并发展而来，台湾的福卫 2 号则具有很明显的军用侦察功能。　　种种迹象表明，境外军情机构对灾区怀有异常浓厚的兴趣，而且不排除有卫星活动之外的侦察行为。例如，境外观察者可以从各救援力量的集结、起运中看出部队驻地、人数甚至番号；运输与救灾现场形势复杂，军民装备混杂，使观察者可以看到一些平时看不到的东西；军队调动和救灾中地面通信活动频繁，卫星工作量大，观察者可以收集到大量军用电讯特征，以备后续研究破译　　这些信息在经过分析整理后，可能产生涉及军队部署情况、军工生产格局、新装备研发与使用、部队指挥关系、电子通信加密方式等方面的情报。虽然这些信息不可能非常深入，但有助于观察者得到一个笼统的静态轮廓。　　动态分析军队调动　　当然，观察者不会仅停留于现场有什么这种静态观察。对救援进程的动态分析，将有助于境外了解中国军队从战略层面到具体作战层面的能力。　　此次地震对中国形成的冲击，不亚于一场战略打击。重大突发灾害面前，中国的决策层如何反应、国家危机处理机制如何运转、党政军群各方协调性如何这些动向可以体现出中国的战略能力。而观察者平时仅通过资源、产值、军力等静态指标评估，是推测不出这种能力的。　　地震灾害发生后，中国各大军区、海、空、二炮 10 万大军从上千公里外迅速开赴灾区，再加上相关保障力量的跟进，这种军队动员规模和机动距离，在世界上堪比大战中的行动。如果地点放到两次世界大战中的欧洲，几乎相当于一次从德国推进到乌克兰的大纵深联合作战。这对军队的动员、机动、联合指挥、联合勤务保障都是严峻考验。　　在现代作战中，一线作战力量的战时活动有时简单异常。如美军飞行员在伊拉克上空所做的事，有时与打电子游戏一样，都是按设备提示按下一个按钮，其余的事就不用管了。但在这种看似简单的活动背后，却是比以往战争都复杂和艰巨得多的后勤活动：部队要按时开进一个地域，飞机、车辆要油料、要维护、要导航，人员要补给，空中地面多路部队需保证联络、有序分工和相互配合，不可预料的天气、地形条件会形成阻碍方方面面的问题困扰着指战员。　　而参与救灾的军队，不仅会遇到上述问题，还要在到达现场后进一步开展复杂得多的救援行动。而在大多数情况下，挽救比摧毁的难度大得多。因此，观察者通过此次救灾活动，可以清晰看出中国军队的整体战斗力水平。　　境外观察者心情复杂　　隐藏在幕后的观察者这次会得到怎样的结论，恐怕永远不会被外界知晓。但从西方媒体公开报道情况来看，中国政府的救灾效率、中国军队短时间内的动员力，中国军民在大灾面前顽强和团结的场面，都给西方人留下了深刻印象。　　从战略角度看，领导层危机处理能力、政府效率与民众意志，都是国家战略能力的有机组成部分。这些要素与资源、人口、装备等硬实力结合，能产生倍增效应，未来在国与国的博弈和对抗中将发挥惊人效力。　　中国在地震大灾中焕发出的国家战略能力，向外界传达了强烈的战略信息，任何人都不能不肃然面对。相信观察者们仍会怀着惊讶与钦佩的复杂心情，继续观察下去。 ( 寇立研 ); 个人分类: 编作交流场|4312 次阅读|0 个评论

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