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      “逼進(jìn)”臺風(fēng)內(nèi)核,更精準(zhǔn)地模擬、預(yù)報(bào)臺風(fēng)——訪2024級星友駱婧瑤 | 今日啟明星

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      CAREERS

      駱婧瑤

      上海臺風(fēng)研究所副研究員


      作者序

      終于有機(jī)會采訪從事氣象臺風(fēng)研究的啟明星了。當(dāng)聯(lián)系2024級星友、中國氣象局上海臺風(fēng)研究所(STI)、上海亞太臺風(fēng)研究中心(AP-TCRC)專業(yè)從事臺風(fēng)研究的副研究員駱婧瑤時(shí),我是有點(diǎn)急切的。除了30多年的啟明星采訪經(jīng)歷中對氣象(臺風(fēng))預(yù)報(bào)領(lǐng)域的啟明星訪問是空白以外,還有一層因素就是今夏以來江南一帶太熱了,熱的時(shí)間太長了!往年進(jìn)入9月前后臺風(fēng)會排著隊(duì)來襲,但今夏酷暑相逼,大家盼著來幾場臺風(fēng)解解暑氣,可它就是不露臉。聯(lián)系駱婧瑤時(shí)她說,自己很幸運(yùn)成為上海臺風(fēng)研究所首位啟明星計(jì)劃入選者。

      上海“福地”一說有緣由

      采訪開始后話題就奔著今夏臺風(fēng)姍姍來遲展開。駱婧瑤引用了一些數(shù)據(jù):截至2025年9月15日,徐家匯觀測站迎來了今年第51個(gè)高溫天,這也是徐家匯站155年來記錄的高溫天數(shù)最長的三個(gè)年份之一,“高溫”“臺風(fēng)”等一度成了網(wǎng)絡(luò)熱詞。

      高溫原因還在分析中,但不利于臺風(fēng)生成的副熱帶高壓偏強(qiáng)、范圍偏大等大概率是主因,也是自2025年7月30日“竹節(jié)草”臺風(fēng)過后到9月16日沒有臺風(fēng)光顧申城的原因。

      一直有人說上海是福地,不少臺風(fēng)都是繞著上海走,直接登陸上海的臺風(fēng)有限。實(shí)際情況是這樣嗎?婧瑤給出的解釋簡潔明了:上海所處的緯度和經(jīng)度,使其正好位于臺風(fēng)常見轉(zhuǎn)向路徑的“陰影區(qū)”。引導(dǎo)氣流使得大多數(shù)臺風(fēng)在到達(dá)上海前就轉(zhuǎn)向東或東北方向。這也是概率問題,中國海岸線漫長,臺風(fēng)直接登陸任何一個(gè)特定城市的概率本身就不高。一句話,所謂的“魔都結(jié)界”,可以理解為一種地理位置、大氣環(huán)流和概率共同作用下的巧合。

      但駱婧瑤也提醒上海對臺風(fēng)之“害”的防范決不能松懈。2024年9月16日登陸上海臨港地區(qū)的13號臺風(fēng)“貝碧嘉”就是1949年以來登陸上海的最強(qiáng)臺風(fēng),僅臨港地區(qū)就倒伏樹木1.5萬棵,轉(zhuǎn)移人員10萬。

      對臺風(fēng)趨利避害,預(yù)報(bào)當(dāng)為先

      以上主要講到臺風(fēng)弊的一面,婧瑤說:“其實(shí)臺風(fēng)更主要的是帶來利,除了降溫,還會帶來充沛降水,補(bǔ)充水量;臺風(fēng)還起著熱泵的作用,把熱帶地區(qū)富集的能量帶到中高緯地區(qū),參與全球能量與水分的循環(huán),這對于維持地球的熱平衡極為重要。”

      如果沒有臺風(fēng),熱帶會更熱,寒帶會更冷。臺風(fēng)帶來的另一大益處是引起海洋上升流,將海底的營養(yǎng)物質(zhì)帶到表層,給浮游生物帶來大量養(yǎng)料,吸引更多的海洋生物,形成漁場,有利于漁業(yè)發(fā)展。

      趨利避害,離不開對臺風(fēng)監(jiān)測預(yù)報(bào)。由于臺風(fēng)生成發(fā)展周期的70%是在洋面上完成,遠(yuǎn)海臺風(fēng)的監(jiān)測一直是臺風(fēng)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

      婧瑤告知,盡管用了地海空天多源協(xié)同觀測設(shè)備對臺風(fēng)作實(shí)體監(jiān)測,但手段還是有限,特別在遠(yuǎn)海地區(qū)目前主要還得靠衛(wèi)星。但衛(wèi)星云圖上只能看到輪廓,遠(yuǎn)做不到醫(yī)學(xué)解剖學(xué)意義上的斷層剖面這樣的CT影像掃描圖,所以僅靠衛(wèi)星云圖難以提供臺風(fēng)內(nèi)核的詳情。

      從“蝴蝶效應(yīng)”到“資料同化”

      對于預(yù)報(bào)臺風(fēng)路徑和強(qiáng)度的數(shù)值模擬來說,初始狀態(tài)哪怕只有微小的誤差,經(jīng)過計(jì)算疊加放大,也會導(dǎo)致“失之毫厘,謬以千里”的預(yù)報(bào)結(jié)果。這個(gè)“蝴蝶效應(yīng)”和駱婧瑤正在從事的資料同化研究是有某種“內(nèi)在關(guān)聯(lián)”的。

      “資料同化”就是運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)學(xué)算法,將來自衛(wèi)星、雷達(dá)、探空、地面站、浮標(biāo)、飛機(jī)等全球各地的海量、繁雜的觀測數(shù)據(jù),與背景場信息完美融合為數(shù)值模式,構(gòu)造出一個(gè)盡可能準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)的某一時(shí)刻的大氣初始狀態(tài)。

      在進(jìn)入婧瑤的研究領(lǐng)域之前,我們先把敘述點(diǎn)移到這位臺風(fēng)研究新人的成長之路上。

      兒時(shí)最大的興趣是看農(nóng)業(yè)頻道

      1987年出生于四川內(nèi)江的駱婧瑤是獨(dú)生女,父母祖輩大都是國企員工。讓我驚訝的是,從小在城市長大的婧瑤兒時(shí)最大的興趣竟然是看CCTV的農(nóng)業(yè)頻道!

      電視里播出的大棚種植蔬果、水產(chǎn)養(yǎng)殖魚蝦等畫面內(nèi)容對還在小學(xué)念三年級的她有強(qiáng)烈的吸引。客廳里有爸爸養(yǎng)殖熱帶魚的大魚缸,看到電視上講到生態(tài)養(yǎng)殖,她就把農(nóng)業(yè)頻道上看到的生態(tài)養(yǎng)殖內(nèi)容科普給爸爸,協(xié)助爸爸參與熱帶魚缸的水溫調(diào)節(jié)、水質(zhì)管理、仔魚養(yǎng)殖等,樂此不疲的她已經(jīng)想好將來要考農(nóng)業(yè)大學(xué)。

      整個(gè)初中高中,她的數(shù)學(xué)物理成績一直很好,但到了高中她很不喜歡學(xué)化學(xué),覺得要背的東西太多,一直沒有找到對化學(xué)的感覺。婧瑤高考的第一志愿是中國農(nóng)業(yè)大學(xué),但因化學(xué)成績拉了分,未被第一志愿錄取。第二志愿是成都信息工程大學(xué)(原成都?xì)庀髮W(xué)院)大氣專業(yè),這個(gè)專業(yè)是爸爸幫她選的。她本想復(fù)讀一年再考,爸爸說要不你在成都信息工程大學(xué)先讀一年,不行再去復(fù)讀。可以說她是在不情愿的情況下走進(jìn)大氣科學(xué)專業(yè)的。

      走上資料同化研究之路

      進(jìn)入大氣專業(yè)后她覺得這個(gè)專業(yè)好有意思,里面有不少她喜歡的數(shù)學(xué)、物理課程,而且一開始幾乎沒有化學(xué)。大二下學(xué)期開始上數(shù)值天氣預(yù)報(bào)這門課,婧瑤發(fā)現(xiàn)所學(xué)的微積分、線性代數(shù)這些課居然大有用武之地,可以服務(wù)于天氣預(yù)報(bào)。

      大四時(shí),有位老師來做了一次學(xué)術(shù)報(bào)告,講了資料同化這件事。坐在下面聽講的她對資料同化懵懵懂懂,但記住了報(bào)告人提到的“資料同化是在天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域非常值得關(guān)注的前沿研究方向”這句話。聽完報(bào)告后她查了資料,開始對資料同化有了感覺。這也是她考研選擇資料同化的原因。

      她上網(wǎng)查到上海臺風(fēng)研究所2007年有一位海歸學(xué)者李泓就是做資料同化的專家。于是她全力備考上海臺風(fēng)研究所李泓研究員的碩士研究生,并最終如愿以償。婧瑤說有幸?guī)煆睦罾蠋煟瑢λ蘸笞呱腺Y料同化研究之路影響極大。大婧瑤16歲的李老師彼時(shí)剛從馬里蘭大學(xué)氣象研究中心學(xué)成回國不久,就帶駱婧瑤一個(gè)學(xué)生做集合同化方法研究。三年間師生兩人在上海臺風(fēng)所完成了從理論研究到可以實(shí)際應(yīng)用的臺風(fēng)集合同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

      為求臺風(fēng)預(yù)報(bào)精細(xì)化,六年攻下在職博士

      碩士畢業(yè)那年,婧瑤抓住了難得的留所工作機(jī)遇,于2013年入職上海臺風(fēng)所海洋氣象室,從研究實(shí)習(xí)員起步。彼時(shí),她從事的是基于當(dāng)時(shí)分辨率較低的數(shù)值模式開展大尺度資料同化研究,這類系統(tǒng)雖能把握臺風(fēng)的整體趨勢,卻難以精細(xì)刻畫臺風(fēng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵物理過程,成為制約預(yù)報(bào)精度提升的瓶頸。

      在室主任李泓研究員帶領(lǐng)下,駱婧瑤入職后的四年中主要完成了兩項(xiàng)系統(tǒng)性工作:一是通過持續(xù)優(yōu)化,將臺風(fēng)集合同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化,可穩(wěn)定提供每日兩次、時(shí)效72小時(shí)的臺風(fēng)路徑、強(qiáng)度、大風(fēng)及降水等全面預(yù)報(bào)產(chǎn)品;二是承擔(dān)了公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)“風(fēng)云三號晨昏軌道衛(wèi)星資料處理和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”的子課題,開展晨昏軌道衛(wèi)星資料對區(qū)域臺風(fēng)模式的預(yù)評估研究,為后續(xù)風(fēng)云三號E星(黎明星)的立項(xiàng)與資料同化應(yīng)用奠定了早期科學(xué)基礎(chǔ)。

      然而,隨著業(yè)務(wù)實(shí)踐的深入,駱婧瑤愈發(fā)意識到,當(dāng)時(shí)系統(tǒng)采用的27公里空間分辨率,雖在大尺度同化中表現(xiàn)穩(wěn)定,卻難以捕捉臺風(fēng)眼墻、螺旋雨帶等精細(xì)結(jié)構(gòu),限制了預(yù)報(bào)的精細(xì)化程度。為突破這一瓶頸,她在李泓老師的建議下,考取了南京大學(xué)薛明教授的在職博士生,聚焦高分辨率資料同化方法研究。歷經(jīng)六年(2016—2022,含一年赴美聯(lián)合研究)完成博士學(xué)業(yè),這一經(jīng)歷為她后續(xù)走向更精細(xì)的臺風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)奠定了理論與方法基礎(chǔ)。


      駱婧瑤(右二)與美國俄克拉荷馬大學(xué)氣象學(xué)系教授格雷格·麥克法夸爾(Greg McFarquhar,左一)、李泓(左二)、薛明(右一)合影

      回歸本源是突破困境的關(guān)鍵一步

      回溯南京大學(xué)跟隨薛明教授讀博期間得到的科研歷練,駱婧瑤講了讓她此生難忘的一段經(jīng)歷。

      讀博第一年她開始了“對流可分辨模式中多尺度資料同化方法”的研究,希望能提出一種在集合卡爾曼濾波框架下進(jìn)行順序多尺度資料同化的新思路。研究之初,婧瑤自信地從數(shù)學(xué)推導(dǎo)入手,構(gòu)建了一套基于尺度適應(yīng)的同化算法,并完成了看似嚴(yán)密的公式表達(dá)。然而,當(dāng)她將理論付諸代碼、開始進(jìn)行數(shù)值核驗(yàn)時(shí),結(jié)果卻始終不盡人意——同化效果不穩(wěn)定,甚至不如傳統(tǒng)方法。

      受挫的她一遍遍檢查代碼、調(diào)整參數(shù)、更換個(gè)例,幾乎嘗試了所有能想到的技術(shù)調(diào)整手段,卻像陷入迷宮一般,始終找不到出口。看著屏幕上一次次失敗的試驗(yàn)結(jié)果,挫敗感讓她一度心灰意冷,甚至開始懷疑自己是否適合科研,是否選錯(cuò)了方向。“薛老師雖不時(shí)給予鼓勵(lì),但我內(nèi)心清楚,問題的根源并未找到。”

      真正的轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在幾乎走投無路之時(shí)。受與薛老師討論的啟發(fā),她決定暫時(shí)放下代碼,重新回到最初的理論推導(dǎo),逐行檢視那些曾以為無懈可擊的數(shù)學(xué)公式時(shí),她驚訝地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隱蔽的推理漏洞——對于集合擾動的更新處理上存在缺陷。這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓她既懊惱又興奮:懊惱于自己的疏忽,興奮于終于找到了問題的癥結(jié)。在修正了那個(gè)關(guān)鍵的公式環(huán)節(jié),再次運(yùn)行試驗(yàn)程序,看到同化結(jié)果終于呈現(xiàn)出理想的理論特征時(shí),那種如釋重負(fù)的喜悅讓婧瑤此生難忘。

      這段經(jīng)歷讓駱婧瑤深切體會到,科研路上有時(shí)最難的并非解決問題,而是發(fā)現(xiàn)真正的問題所在,而敢于質(zhì)疑、回歸本源,往往是突破困境的關(guān)鍵一步。

      這個(gè)基于集合卡爾曼濾波的反射率直接同化方法不久便用于某重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,產(chǎn)生了高精度的臺風(fēng)典型個(gè)例分析數(shù)據(jù)集,為臺風(fēng)機(jī)理研究提供了樣本數(shù)據(jù)。

      風(fēng)預(yù)報(bào)重鎮(zhèn)訪學(xué)提升信心

      攻博期間,婧瑤曾在導(dǎo)師安排下兩赴美國俄克拉荷馬大學(xué)風(fēng)暴分析與預(yù)報(bào)中心訪學(xué)。用婧瑤自己的話來說,這段經(jīng)歷是她科研能力與視野的一次“升維”訓(xùn)練。在技術(shù)層面,得以沉浸式地學(xué)習(xí)和實(shí)踐當(dāng)時(shí)國際上最前沿的對流尺度資料同化與模式預(yù)報(bào)技術(shù)。更重要的收獲,是科研思維和問題解決能力的錘煉。

      在實(shí)際高分辨區(qū)域數(shù)值業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)應(yīng)用中,婧瑤發(fā)現(xiàn)雷達(dá)資料同化對于模式預(yù)報(bào)的改善效果有限。深入分析后,她識別出問題的核心在于高分辨集合背景場中存在的較大噪音,以及背景誤差協(xié)方差中存在的虛假相關(guān)。面對問題,婧瑤沒有停留在“發(fā)現(xiàn)”層面,而是嘗試去“解決”:通過數(shù)學(xué)方法,將不同尺度的信息分離處理,有針對性地抑制噪音和虛假相關(guān)的影響。

      這種“發(fā)現(xiàn)問題-理論探索-實(shí)踐驗(yàn)證”的完整閉環(huán)訓(xùn)練,極大地提升了她獨(dú)立從事創(chuàng)新性科研工作的信心與能力。

      關(guān)注跟蹤中國首顆降水雷達(dá)運(yùn)行

      2023年博士畢業(yè)后,駱婧瑤被選派到北京中國氣象局綜合觀測司掛職于科研管理崗位。管理部門希望她的資料同化研究背景能幫助梳理系統(tǒng)內(nèi)大量綜合觀測的數(shù)值應(yīng)用情況。

      當(dāng)時(shí),中國風(fēng)云氣象衛(wèi)星系列在軌運(yùn)行數(shù)量相當(dāng)于全球在軌運(yùn)行的氣象衛(wèi)星的1/3,但風(fēng)云氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)在全球數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)模式中的同化占比不到20%。如何提高風(fēng)云氣象衛(wèi)星的同化應(yīng)用率成為中國氣象局綜合觀測司面臨的重要課題。

      同一時(shí)期(2023年4月),我國成功發(fā)射風(fēng)云三號G星(FY-3G)“降水星”,它搭載了國內(nèi)首臺用于降水監(jiān)測的雙頻測雨雷達(dá)。一直在關(guān)注風(fēng)云系列衛(wèi)星的駱婧瑤很清楚兼具地基雷達(dá)觀測分辨率高和衛(wèi)星能觀測遠(yuǎn)海區(qū)域優(yōu)勢的星載降水雷達(dá)(FY-3G PMR),對監(jiān)測遠(yuǎn)海臺風(fēng)內(nèi)部降水系統(tǒng)的價(jià)值,希望它能幫助資料同化研究。

      這也是一年后駱婧瑤申請獲批的啟明星計(jì)劃的背景,她希望通過啟明星計(jì)劃,發(fā)展多尺度同化技術(shù),克服FY-3G PMR的同化應(yīng)用瓶頸。

      “氣候氣象問題離不開國際同行的智慧碰撞與合作”

      婧瑤自上海亞太臺風(fēng)研究中心2021年成立伊始,就作為協(xié)同創(chuàng)新人員加入其中。上海亞太臺風(fēng)研究中心是一家新近成立的新型研發(fā)機(jī)構(gòu),主要開展臺風(fēng)預(yù)報(bào)及防臺減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究,并與全球相關(guān)科研機(jī)構(gòu)開展聯(lián)合攻關(guān),深化防臺減災(zāi)的國際合作與交流。

      談及未來幾年的國際合作,駱婧瑤表示,盡管當(dāng)前國際上一些新興星載探測計(jì)劃面臨預(yù)算受限的挑戰(zhàn),但這反而凸顯了用好現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源、深化國際合作的價(jià)值與緊迫性。她于2025年8月參加了在澳大利亞布里斯班舉行的第45屆國際地球科學(xué)與遙感大會(IGARSS 2025),其核心主題是“一個(gè)地球”(One Earth),旨在匯聚全球遙感力量,共同探討地球科學(xué)與遙感技術(shù)的前沿進(jìn)展,以應(yīng)對氣候變化、生態(tài)保護(hù)等全球性挑戰(zhàn)。


      駱婧瑤參加IGARSS 2025會議留影

      在這次大會上,駱婧瑤作了關(guān)于“FY-3G PMR資料的同化應(yīng)用研究”的報(bào)告。她介紹的我國風(fēng)云三號G星降水測量雷達(dá)資料,因其能提供臺風(fēng)、暴雨等降水系統(tǒng)的三維立體結(jié)構(gòu)信息,對于提升降水監(jiān)測與預(yù)報(bào)能力具有重要意義,從而引發(fā)了美國馬里蘭大學(xué)、新加坡國立大學(xué)等多國同行的濃厚興趣,并隨即進(jìn)行了深入交流。

      駱婧瑤指出,在全球星載雷達(dá)觀測技術(shù)持續(xù)演進(jìn)并面臨一些不確定性的背景下,如何更好地融合與同化各國現(xiàn)有的、具有獨(dú)特價(jià)值的衛(wèi)星數(shù)據(jù)集,共同彌補(bǔ)觀測空白,提升全球氣象預(yù)報(bào)能力,已成為IGARSS等國際會議各國科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)議題之一。

      她認(rèn)為,深化風(fēng)云衛(wèi)星資料的同化應(yīng)用,不僅是中國氣象事業(yè)的需要,也是對全球氣象觀測與預(yù)報(bào)體系的重要貢獻(xiàn)。

      運(yùn)動是“減壓閥和能量站”

      此次從市區(qū)來臨港上海亞太臺風(fēng)研究中心,我換了3次地鐵,并在最后一段打了車,路上用時(shí)整整兩個(gè)小時(shí)。而婧瑤經(jīng)常要市區(qū)、臨港兩邊跑,婧瑤坦言,科研工作有其自身規(guī)律,有時(shí)需要整段的時(shí)間進(jìn)行獨(dú)立思考與集中攻關(guān)。“我會根據(jù)科研任務(wù)的實(shí)際需要,合理安排在不同地點(diǎn)的工作節(jié)奏,力求在課題推進(jìn)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作中找到最優(yōu)平衡。”


      上海亞太臺風(fēng)研究中心

      如何兼顧好科研工作和家庭生活,婧瑤的秘訣在于“專注”與“切換”:

      “工作時(shí),我力求全神貫注,高效完成任務(wù);回到家中,我會努力將模式切換到‘母親’和‘妻子’的角色,給予家人高質(zhì)量的陪伴。打網(wǎng)球是我最放松的一刻。基本上每周都會打一次。 這不僅僅是一項(xiàng)運(yùn)動,更是我的‘減壓閥’和‘能量站’。在球場上奔跑、揮拍、流汗的過程,能讓我徹底清空大腦。這項(xiàng)運(yùn)動不僅強(qiáng)健了我的體魄,也極大地鍛煉了我的意志力和專注力。”

      發(fā)揚(yáng)“追風(fēng)”精神,努力成為“馭風(fēng)者”

      印象中,媒體上報(bào)道氣象(臺風(fēng))研究者經(jīng)常會用到“追風(fēng)者”一詞。這次通過對“臺風(fēng)人”駱婧瑤的訪問,感覺駱婧瑤和她的導(dǎo)師薛明、李泓這批氣象(臺風(fēng))研究者在“追風(fēng)”的同時(shí)還在追求成為“馭風(fēng)者”。駱婧瑤很認(rèn)同“追風(fēng)者”一說,認(rèn)為“追風(fēng)者”一詞形象地傳遞出了氣象工作者的追求和狀態(tài)。

      “我們研究所的‘追風(fēng)’先鋒隊(duì)就是在臺風(fēng)臨近登陸時(shí),逆向而行,深入風(fēng)暴一線,利用各種先進(jìn)的移動觀測設(shè)備,直接捕捉臺風(fēng)發(fā)生時(shí)最核心、最寶貴的第一手資料。他們是真正的‘追風(fēng)者’,其工作充滿了挑戰(zhàn)與奉獻(xiàn)。

      而薛教授、李教授以及我們年輕一代臺風(fēng)研究者的研究工作,是在‘追風(fēng)者’取得的寶貴觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上展開的。如果說‘追風(fēng)’是勇敢地‘走進(jìn)’臺風(fēng),那么我們的目標(biāo)則是希望通過數(shù)據(jù)和理論,‘逼進(jìn)’臺風(fēng)的物理內(nèi)核。

      從這個(gè)意義上,‘馭風(fēng)者’一詞也形象概括了臺風(fēng)研究者的追求——通過更深刻的理論認(rèn)知和更先進(jìn)的數(shù)值模式,‘駕馭’關(guān)于臺風(fēng)的知識和數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對臺風(fēng)路徑、強(qiáng)度和風(fēng)雨影響的更精準(zhǔn)模擬與預(yù)報(bào)。”

      -本文刊載于《世界科學(xué)》雜志2025年第11期“今日啟明星”欄目-


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