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第四紀研究雜志社
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《第四紀研究》是由中國第四紀研究委員會與中國科學院地質與地球物理研究所主辦,期刊榮譽為:中科雙百期刊?!兜谒募o研究》反映國內外第四紀和全球變化研究發展趨勢,刊登最新成果,促進學術交流。
  • 主管單位:中國科學院
  • 主辦單位:中國第四紀研究委員會;中國科學院地質與地球物理研究所
  • 國際刊號:1001-7410
  • 國內刊號:11-2708/P
  • 出版地方:北京
  • 郵發代號:82-428
  • 創刊時間:1958
  • 發行周期:雙月刊
  • 期刊開本:A4
  • 復合影響因子:2.939
  • 綜合影響因子:2.044
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第四紀研究 2015年第05期雜志 文檔列表

第四紀研究雜志樹木年輪與氣候變化專輯

基于模態逼近的EOF重構算法重建公元1250年以來北半球地表氣溫空間格局

摘要:隨著氣候場重建數據在揭示氣候動力機制以及與數值模式模擬相結合等方面的應用,它在氣候變化研究領域中的實用性和重要性已得到廣泛認可.因此,關于空間格局重建方法的研究也就顯得尤為重要.本文提出了一種新的氣候場重建方法,即模態逼近的經驗正交函數分解方法.該方法利用代用資料與器測資料不同空間模態之間的協調性,采用模態逐次逼近,從而實現對過去無器測資料覆蓋的氣候場的重建.基于該方法,本文利用549個樹輪序列重建了北半球(22.5°N以北)公元1250年以來的地表氣溫空間場.為驗證該方法的有效性,設計了多組驗證試驗,結果均表明該重建方法能夠較好的再現器測數據的年代際尺度變率特征.最終重建結果表明,與已有研究結果相比,該方法重建出的北半球小冰期(1400~1700年)平均氣候狀態的空間格局特征與基于多組氣候模式集合平均在該時段的模擬結果更為接近.另外,為體現重建結果對外強迫的響應特征,本文比較了在不同強度(強、中等、弱)典型火山年的空間格局差異,發現高緯度地區對火山外強迫相比于中低緯地區更加敏感,這與已有的基于數值模式模擬研究的結論基本一致.綜合以上討論,證明了該方法在氣候場重建方面的有效性和應用潛力.
1071-1081

樹輪記錄的青藏高原西南部過去644年的降水變化

摘要:位于青藏高原西南部的謝通門地區,是典型的高原半干旱地區之一,研究其降水變化特征具有重要意義.利用謝通門地區的大果圓柏(Sabina tibetica Kom.)樹輪寬度資料,分析了樹輪寬度對氣候要素的響應特征.研究發現,制約樹木徑向生長的主要因子是年總降水.為兼顧分析氣候序列在高低頻域的變化特征,利用標準化年表通過方差匹配方法和采用差值年表通過線性回歸方程轉換,分別重建了謝通門公元1360~ 2013年間(644年)的年(上一年7月至當年6月)降水變化.基于標準化年表的重建結果表明,謝通門降水序列存在明顯的年代際氣候變化韻律,相對于平均值偏濕的持續時段發生在公元1360 ~ 1368年、1505 ~ 1599年、1631~ 1640年、1654~1797年、1825~1836年、1890~1901年和1975年之后;偏干的持續時段發生在公元1369~1504年、1600~1630年、1641~1653年、1798~1824年、1837~1889年和1902~ 1974年.與林周地區降水序列、高原南部區域降水序列和亞洲季風區PDSI網格重建中提取的鄰近4個格點數據的平均序列對比發現,過去共同的640年內(公元1360~2000年)青藏高原南部地區經歷了相同的干濕變化過程,在年代際尺度上變化一致,可能受到相同的氣候驅動因子控制.空間相關性分析也表明,謝通門地區年降水變化具有一定的空間代表性,可以反映青藏高原西南部地區的降水變化.多窗譜分析(MTM)檢測出該重建序列在過去644年中存在128a、3.5a、2.9a、2.5a和2.1a的顯著周期.
1082-1092

藏東南樹木年輪記載的公元1560年以來的極端干旱事件

摘要:青藏高原的極端干旱事件會導致高原內部河流的水文異常,進而對流域內的農業生產和人類生活產生巨大影響.然而,干旱事件發生的時空規律及其與全球變化的關系尚不明確.氣象器測資料相對較短是極端干旱事件研究中的一個重要限制因素.本文利用西藏昌都地區3個采樣點(馬秀、熱玉和臘久)的大果圓柏(Sabina tibetica Kom.)樹輪寬度數據,分析了自1560年以來該區域極端干旱事件發生的特征.分析結果表明,樹輪寬度可指示5~8月標準化降水蒸散指數(Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index,簡稱SPEI),3個采樣點樹輪年表20世紀共同的極低生長年份(1972年、1984年和1995年)與藏東南地區20世紀的區域干旱事件一致(1954~2006年);在過去447年間(1560~2006年),3個采樣點共同的極端干旱事件發生最頻繁的時期為1650~ 1700年間,多達6次/50年,發生最少的時期有1600~1650年、1800~1850年和1950~ 2000年,每50年僅有1次;在20世紀,極端干旱事件的發生頻率低于歷史上的平均值.極端干旱發生最頻繁的1650~1700年對應于太陽活動較弱的蒙德極小期(Maunder Minimum).研究結果有助于進一步認識青藏高原極端干旱事件的發生規律及其與全球氣候變化的關系.
1093-1101

樹輪寬度記錄的長江源1470~2009年4~6月最高氣溫

摘要:根據采集自青藏高原東部長江源區內3個采樣點的大果圓柏(Sabina tibetica Kom.)樹輪樣本建立了3個標準化年表,并將3個年表合成為一個總年表RC以代表整個長江源.通過與氣候要素間相關分析和響應分析發現,總年表對整個長江源區4~6月平均最高氣溫響應敏感,負相關性顯著,相關系數為-0.57.在此基礎上重建了長江源地區1470~2009年的4~6月平均最高氣溫序列,重建方程穩定可靠,方差解釋量32.7%,調整自由度后為31.3%.通過低頻變換分析發現,重建序列在過去540年來經歷了12次較冷時期和11次暖期,與周邊其他氣溫重建序列以及歷史記載比較之后,重建序列的可靠性得到了進一步的證實.空間相關分析發現重建序列對于整個青藏高原地區4~6月平均最高氣溫變化特征都具有很好的代表性,通過多窗譜和小波分析發現重建序列存在顯著2.3a、4.3a、25a以及準48a周期.
1102-1111

利用樹輪寬度資料重建東天山木壘地區降水量

摘要:利用樹輪寬度年表重建了東天山木壘地區自公元1727年來上年8月至當年6月降水量,調整自由度后的方差解釋量為36%(1962~2007年).過去281年來,木壘地區降水量變化存在5個偏干階段(1742~1777年、1808~1832年、1853~1876年、1908~1934年和1975~ 1992年)和4個偏濕階段(1778~ 1807年、1833~ 1852年、1877~1907年和1935~1974年).與代表大范圍降水變化的重建序列對比表明,該降水量重建序列與北疆降水變化的3個偏濕期(1778~ 1807年、1833~1852年和1935~1974年)和2個偏干期(1808~1832年、1853~1876年)存在一致.功率譜分析顯示該重建序列存在14.3年、10.9年的顯著準周期(p<0.05).相關分析結果顯示,該重建序列代表了東天山區域局地降水量變化情況,且與鄰近的中天山鞏乃斯地區降水變化最為相似.隨著空間距離的加大,該重建序列與自東北向西南方向上天山不同區域降水變化的相關性逐漸減弱.
1121-1133

樹輪寬度指示的神農架地區過去172年的冬春季溫度變化

摘要:利用神龍架林區兩個樣點的巴山冷杉(Abies fargesii Franch)建立了一條新的可靠的樹輪年表.該年表與區域2月、3月、4月和6月的溫度呈顯著正相關關系(P<0.01),其中年表與2~6月的平均溫度相關性最高達到了0.64(P<0.01).基于該年表重建了神農架地區過去172年來的冬春季溫度變化,發現過去170多年來共有6個低溫時段,分別為1848~1859年、1869~1874年、1888~1900年、1927~1932年、1938~1973年和1979~ 1994年.與研究區周邊樹輪記錄的冬春季溫度變化的對比發現,1870s之前本文樹輪記錄的低溫事件與秦嶺山脈東部地區樹輪所記錄的低溫事件較一致,在1920s以后則與大別山地區及江西湖南地區樹輪所記錄的低溫事件較一致.通過對比3條重建序列的趨勢變化發現,神農架地區的溫度開始變暖的時間要早于大別山地區與江西湖南地區,且升溫的幅度也更大.最后通過對區域冷期與暖期500hPa高度場的合成分析得出,區域低溫事件主要受烏拉爾高壓的影響.
1145-1154

湖南道吾山樹輪記錄的1815~2013年6~9月平均溫度及其與PDO和ENSO的聯系

摘要:樹木年輪作為高分辨率氣候記錄代用指標,在歷史時期氣候變化研究中發揮著重要的作用.我國東南地區樹木年輪氣候重建還比較少,制約了對該地區歷史氣候變化的認識.本文運用樹木年輪學標準方法,在湖南省道吾山建立了一條自1808年以來的馬尾松樹輪寬度年表,根據子樣本信號強度大于0.85的標準,年表的可靠時段為1815~2013年.將年表與馬坡嶺和長沙氣象站月平均溫度、月最高溫度、月最低溫度和月降水量進行相關分析,發現6~9月平均溫度是研究區馬尾松生長的主要限制因子.據此重建了該地區過去199年的6~9月平均溫度.重建序列顯示,高溫時段有1849~ 1889年、1924~ 1940年、1954~ 1972年和1999~ 2013年;低溫時段有1815~1834年、1890~1923年、1941~1953年和1973~1998年.重建溫度序列的高、低溫時段與湖北麻城地區樹輪重建溫度序列基本一致,表明該重建序列在年代際尺度上具有較大的空間代表性.功率譜分析表明,重建序列具有與太平洋年代際振蕩(PDO)相似的37~43年的年代際周期,還具有與厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)有關的2~3年的年際周期,而且它們在共同時段對應較好,表明PDO和ENSO對研究區6~9月溫度有較大影響.
1155-1164

基于樹木年輪重建伊春1790年以來2~3月最低溫度變化

摘要:小興安嶺地區是我國最為典型的原始闊葉紅松(Pinus koraiensis Sieb.et Zucc.)林分布區,也是受全球氣候變化影響最為顯著的區域之一.長時期高分辨率氣候記錄是理解該區過去氣候變化規律的最基礎資料,然而由于器測氣候數據時間較短,亟須獲得長時間尺度的代理氣候記錄.本研究用樹木年輪氣候學方法,分析伊春典型闊葉紅松林內水曲柳(Fraxinus mandshurica Rupr.)徑向生長與氣候要素的關系,結果表明:水曲柳徑向生長與溫度相關性較好,尤其是前一年及當年冬季最低溫度,與前一年及當年2~3月的最低溫均達到了極顯著水平(p<0.01),而與降水相關性較差,休眠期(冬季)溫度與生長季(早春、夏秋)溫度一樣均對北半球高緯度地區落葉闊葉樹水曲柳的徑向生長有明顯的促進作用,冬季水曲柳樹體內各種生理生化活動及外界復雜的生物地球化學過程可能對水曲柳生長季的徑向生長至關重要.基于年輪指數與前一年2~3月平均最低溫度的高相關性(r=0.71,p<0.01),利用線性回歸模型重建了伊春1790年以來2~3月最低溫度變化.重建方程解釋了51.0%的低溫變化,經分段法、自助法(Bootstrap)和刀切法(Jackknife)檢驗,證明該方程穩定可靠.重建序列顯示,伊春過去221年中存在7個偏冷期(1790~1791年、1795~1819年、1834~1841年、1851~1854年、t898~1899年、1901~1907年和1959~1982年)和4個偏暖期(1822~1831年、1872~ 1886年、1923 ~ 1955年和1988~2010年),其他時段溫度在均值附近波動,變化較小.伊春冷暖變化存在4.8~4.9年和18.3年的極顯著周期(P<0.01),溫度的周期變化可能與太陽活動、厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)、大西洋多年代際振蕩(AMO)以及太平洋年代際振蕩(PDO)有關.
1175-1184

祁連山東部祁連圓柏(Sabina przewalskii)徑向生長動態及其對環境因子的響應

摘要:樹木年內徑向生長動態監測對理解樹輪-氣候響應的生理機制具有重要意義.本文利用樹木徑向生長測量儀(Dendrometer)對祁連山東部吐魯溝國家森林公園內3棵祁連圓柏生長季徑向生長進行監測.監測結果發現祁連圓柏樹干徑向變化呈日周期波動,上午07:00~08:00膨脹到最大值,而在下午16:00~17:00收縮至最小值.監測顯示的祁連圓柏主要生長時期為5月初到7月上旬,與早材細胞形成時期一致,在5月底到6月初達到最大生長速率.通過周期法提取日徑向增長量(SRI),并與不同階段氣象因子進行相關分析,發現SRI與收縮階段氣象條件沒有顯著關系,而與膨脹階段和增長階段氣象因子顯著相關,說明16:00~17:00至07:00~08:00氣象條件對徑向生長的重要作用.SRI與降水量和相對濕度顯著正相關,與水汽壓虧缺(VPD)顯著負相關,表明本地區祁連圓柏生長受到水分條件限制.相關分析還表明,SRI與平均氣溫和最低氣溫負相關.多元線性模型分析顯示,相對整個周期,膨脹階段和增長階段氣象數據能解釋更多的徑向生長變化,解釋量高達87.1%.
1201-1208

利用生態學和樹輪年代學手段試析柴達木盆地東緣山地森林年齡結構與氣候變化的關系

摘要:選取柴達木盆地東緣山地爾日格為研究剖面,對坡面上的祁連圓柏(Sabina przewalskii Kom.)沿不同海拔高度進行采樣.在利用交叉定年手段對所有樣芯定年之后,確定了樣芯的起始年和結束年(死亡年齡),然后利用樹髓心年齡估算法和研究區域胸高年齡經驗值最終確定了樹木活體植株開始生長的年齡(長樹年齡).根據研究坡面上樹木長樹或死樹年份隨海拔和時間變化的變化規律,探討了它們與氣候變化之間的可能關系,從而用來作為樹輪寬度重建的佐證手段之一.結果表明:在森林上部和中部,隨海拔的升高,樹木的年齡呈遞減趨勢;在森林下部,隨海拔的降低,樹木年齡趨于年輕化;整個坡面長樹峰值出現在公元1200年左右,長樹主要集中在森林中部的3900~4110m之間;樹木死亡的峰值出現在公元1600年之后的50年間,死樹主要集中在森中上部的4100~4210m之間.同時,還發現在坡面樹木死亡較集中的時期,森林樹木更新數目較低,尤其是在森林上部;而通過對不同海拔高度上最老樹的生長年齡分析,發現在坡面長樹比較集中的時期,森林下部有往更低海拔處長樹的趨勢.將研究坡面長樹和死樹隨時間變化的分布情況與研究區附近利用樹輪寬度重建的烏蘭過去1000年上年9月到當年4月平均溫度和德令哈過去1000年上年7月至當年6月降水量進行對比,發現在40年尺度上,高溫對應著樹木高生長數目,低溫并且降水量由多變寡則對應著樹木低生長數目和高死亡數.表明:溫度的升高有利于研究坡面祁連圓柏更新的發生,森林密度增大,森林中部幼樹更新存活數量最多,森林下部有往更低海拔處長樹的趨勢,森林上限隨海拔的升高密度降低、樹木趨于年輕化;反之,氣候干冷,樹木更新條件變差,受影響的區域主要集中在森林中部-森林林線中上部范圍內,死樹相對比較集中.
1209-1217

中國西部樹木年輪δ^18O的氣候信號

摘要:樹輪穩定氧同位素比率(δ^18O)記錄在區域氣候重建方面具有一定優勢.樹輪δ^18O記錄受樹木生長趨勢的影響較小,保留了豐富的低頻信號,對區域氣候變化有較一致的響應.通過對比我國西部1901~2004年樹輪δ^18O平均值和降水δ^18O空間分布特征發現,兩者空間分布存在一定的相似性.在青藏高原南部樹輪δ^18O為低值,而青藏高原北部樹輪δ^18O為高值.樹輪δ^18O平均值隨樹輪樣點緯度的向北偏移而增大.樹輪δ^18O與相鄰氣象站記錄響應分析表明,樹輪δ^18O和生長季的溫度呈顯著正相關,與生長季降水和相對濕度呈現顯著負相關關系.旋轉經驗正交函數分析和空間響應分析表明,樹輪δ^18O在我國西風影響區的新疆北部主要反映與區域干濕變化相關的氣候信號;樹輪δ^18O在西南季風影響的藏東南區主要反映區域水文氣候變化信息;然而,在季風和西風影響的交匯區域,樹輪δ^18O的區域氣候信號相對較弱.
1218-1226

EMD方法對祁連山云杉寬度生長量的訂正及多尺度分析

摘要:經驗模態分解(Empirical Mode Decomposition,簡稱EMD)是一種遵循時間序列本身所包含的不同尺度信號特征進行逐級分解,實現時間序列多分辨率分析的有效方法.本文基于EMD方法對采集于祁連山中部的青海云杉樹輪寬度序列進行生長量訂正,并與傳統采用的線性或負指數函數及樣條函數擬合法進行多序列訂正結果的逐一對比,結合云杉年輪生長的生理特征,分析了EMD方法在云杉寬度生長量訂正中的應用潛力.結果表明,通過EMD分解得到的趨勢項不僅可以較好地反映樹木年輪與年齡相關的生長趨勢,還可以克服線性擬合在樹木生長受到小生境干擾時因為斜率的適應性變化及方向單一導致的擬合失效及生長量被高估(或被低估)的現象,常用的替代選擇樣條函數步長的選取又具有一定的經驗性和主觀性,EMD方法作為一個新的補充,可為線性函數和樣條函數不能滿足需求時,提供一個新的選擇.進一步考察了EMD方法和傳統方法獲取的兩個樹輪標準化年表(1845~2000年,EPS>0.85)與氣候因子在器測記錄時段(1957~ 2000年)的相關關系,結果顯示兩者與氣象因子的相關結果極為一致,與肅南氣象站前年8月至當年7月降水總量呈顯著的正相關(r均通過了99%的信度檢驗),表明通過EMD方法對祁連山青海云杉生長量訂正后得到的樹輪寬度年表與傳統方法得到的樹輪年表反映了一致的氣候信息,可用于歷史氣候變化分析.進一步利用EMD方法將樹輪年表序列分解為不同頻譜時段(年際、年代際及多年代際尺度)的子序列,其中年際的高頻子序列(<10年尺度)的主要波動發生在20世紀10~20年代,而10~ 30年尺度子序列的低值期(1925~ 1933年)與甘肅境內文獻記錄的大范圍干旱事件極為吻合,30~60年尺度的多年代際變化顯示出3次主要的干濕位相交替變化.
1227-1237

藏東南地區樹輪冰川學研究進展

摘要:樹輪冰川學是一門研究過去冰川變化的學科,可為評價當前和預測未來冰川變化提供高精度、長時間的冰川變化數據,是樹輪年代學的一個分支學科.本文從樹輪冰川學的基本原理、藏東南地區樹輪冰川學方法的發展、小冰期以來冰川進退的樹輪測年結果,以及冰川進退與溫度和降水量變化之間的關系這幾個方面綜述了青藏高原東南部地區樹輪冰川學的研究現狀.目前,樹輪冰川學研究揭示出藏東南地區小冰期的6次冰川進退波動事件.溫度對冰川進退起主要作用,降水作用較弱,主要為其提供物質積累.以后的研究中,需要進一步提高樹輪測年證據的精確度、增加冰川前進和更老冰磧物的測年證據,以及測年證據的空間覆蓋度,為揭示該地區小冰期以來冰川進退的時空特征及其對溫度、降水量的響應關系提供翔實、可靠的數據.
1238-1244

樹輪穩定同位素記錄:進展、問題及展望

摘要:樹輪穩定同位素比率(δ^13C、δ^18O和δD)變化與樹木生長季的氣候和環境條件密切相關.控制實驗表明,樹輪穩定同位素比率變化可較好地記錄樹木葉片氣孔活動、水分來源、水分利用效率等相關信息,已成為古氣候和全球變化生態學研究的重要代用指標和手段之一.樹輪穩定同位素記錄能夠較好地保留低頻氣候環境變化信息,與年輪寬度相結合,可有效地進行區域古氣候重建和全球變化生態學方面的研究.文章綜述了樹輪穩定同位素的分餾機理及其發展,系統闡述和評價了利用樹輪穩定同位素指標進行古氣候和古環境的相關研究成果,并指出樹輪穩定同位素研究在中國未來亟須著重發展的方向.
1245-1260

樹輪生理模型研究進展——以V-S,TREE-RING和MAIDENiso模型為例

摘要:樹輪生理模型能夠揭示樹木生長與外界環境關系的內在機制.模型允許不同時期有不同的生長限制因子,避免了樹木生長對氣候響應的敏感性隨時間變化等問題.應用模型的一個顯著優點即是能夠分析樹木生長與氣候因子的非線性關系,定量區分不同環境因子對樹木生長的貢獻權重,為樹輪氣候學和樹輪生態學研究提供生理基礎.本文以V-S模型、TREE-RING模型和MAIDENiso模型為例,詳細評述了模型的形成背景、運行機制、應用和各自的優缺點.比較而言,V-S模型的物理過程簡單,對實測數據的要求在一般的樹輪研究樣點就可得到滿足,應用范圍廣泛,目前已被成功用于分析不同氣候區樹木生長與外界環境因子關系的研究中.結合在青藏高原東北部的實測數據,分析發現祁連圓柏生長主要受當地水分條件的限制,驗證了此前基于統計結果的可靠性.TREE-RING和MAIDENiso模型的物理過程更為完善,能夠分析工業革命以來大氣CO2濃度增加對樹木生長的影響,但對實測數據要求較高,如對日降水中δ18O值的需求,應用范圍受限.整體而言,樹輪生理模型已取得了長足的發展,不斷深化了人們對樹木生長與氣候因子關系的理解.模型的進一步優化與改進有待于對全球變化背景下樹木生理生態交互過程及非氣候因子影響的深入研究.
1261-1270

樹木年輪密度研究進展

摘要:樹木年輪(樹輪)密度即木材密度,是歷史氣候和環境演變研究中使用的重要代用資料之一,在揭示北半球長時間尺度夏季溫度變化和火山噴發的研究中發揮了不可替代的作用.近十年來,我國的樹輪密度研究迅速發展,取得了長足進展.本文將對樹輪密度測量技術和方法的發展歷程進行概述,對國際和國內樹輪密度研究取得的重要成果進行總結.通過對一些熱點和爭論性問題的論述,進一步明晰樹輪密度的研究潛力,旨在為今后的研究提供背景參考.
1271-1282

樹輪學研究方法及其在全球變化中的應用

摘要:樹輪學研究方法逐步完善,形成了特有的框架和體系,并不斷應用到全球變化的不同領域,形成樹輪學不同分支學科所特有的研究方法.當前樹輪學研究方法,一方面關注如何更好地提取樹輪中的環境和生態信息,包括去除樹輪寬度生長趨勢和提取樹輪中與環境和生態過程密切相關的密度、穩定同位素、元素和木材解剖等指標信息;另一方面,樹輪學方法又與全球變化不同領域方法的交叉,例如氣候重建、森林動態(包括生物量重建和森林干擾等)和地貌改變等不同應用領域的研究方法,以建立特有的研究方法以解決不同地球科學領域的問題.目前,我國已經成為樹輪學研究領域最高產的國家,然而關于樹輪學方法方面的研究仍然相對較少,有待更多的關注.
1283-1293
第四紀研究雜志研究簡報

《第四紀研究》2016年1—6期主題建議及征稿啟示

摘要:《第四紀研究》是中國科學院地質與地球物理研究所和中國第四紀科學研究會共同主辦的第四紀研究綜合性刊物。它的主要任務是報道國內外第四紀和全球變化研究領域的最新成果和發展趨勢,促進學術交流,提高第四紀科學的基礎和應用研究水平。
F0004-F0004

第四紀研究雜志分期列表:

2017:
2016:
2015:
2014:
2013:
2012:
2011:
2010:
2009:
2008:
2007:
2006:
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