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A previsão do tempo

Assuntos Relacionados: Clima eo Tempo ; Storms

Informações de fundo

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Previsão de pressões superficiais cinco dias para o futuro para o norte do Pacífico, América do Norte, e no norte do oceano Atlântico.

Previsão do tempo é a aplicação da ciência e da tecnologia para prever o estado do ambiente para um tempo futuro e um determinado local. Os seres humanos têm tentado prever o tempo informalmente por milênios, e formalmente, pelo menos desde o século XIX. As previsões meteorológicas são feitas através da recolha quantitativa dados sobre o estado atual da atmosfera e usando a compreensão científica dos processos atmosféricos para projetar como a atmosfera irá evoluir.

Uma vez que um esforço todo-humano baseia-se principalmente nas alterações das pressão barométrica, as condições meteorológicas atuais, e céu condição, modelos de previsão são agora usados para determinar as condições futuras. Input humano ainda é obrigado a escolher o melhor modelo de previsão possível basear a previsão em cima, que envolve habilidades de reconhecimento de padrões, teleconecções, conhecimento do desempenho do modelo, e conhecimento de preconceitos modelo. A caótica natureza da atmosfera, o poder computacional maciço necessário para resolver as equações que descrevem a atmosfera, erro envolvido na mensuração das condições iniciais, e uma compreensão incompleta dos processos atmosféricos significa que as previsões se tornam menos precisos como a diferença de tempo atual eo tempo durante o qual a previsão é efectuada (o intervalo da previsão) aumenta. A utilização de conjuntos e modelo de consenso ajudar a diminuir o erro e escolher o resultado mais provável.

Há uma variedade de utilizações finais para previsões meteorológicas. Alertas meteorológicos são previsões de importantes porque eles são usados para proteger a vida ea propriedade. As previsões com base na temperatura e precipitação são importantes para a agricultura , e, portanto, para os comerciantes nos mercados de commodities. Previsões de temperatura são usados por empresas de utilidade pública para estimar a demanda nos próximos dias. Em uma base diária, as pessoas usam previsões de tempo para determinar o que vestir em um determinado dia. Como as atividades ao ar livre são severamente restringida pela chuva forte, neve e do vento frio, as previsões podem ser usados para planejar as atividades em torno desses eventos, e planejar com antecedência e sobreviver a eles.

História

Mapa meteorológico da Europa, 10 de dezembro de 1887

Durante milênios as pessoas têm tentado prever o tempo. Em 650 aC, os babilônios previu o tempo a partir de padrões de nuvens, bem como a astrologia . Em cerca de 340 aC, Aristóteles descreve os padrões climáticos em Meteorologica. Mais tarde, Theophrastus compilou um livro sobre previsão do tempo, chamado de o Livro de Sinais. chinês previsão do tempo lore se estende, pelo menos, já em 300 aC, que também foi na mesma época antiga Astrônomos indianos desenvolveram métodos de previsão meteorológica. Em 904 AD, Ibn Wahshiyya de Nabatean Agricultura discutiram a previsão do tempo de mudanças atmosféricas e sinais de alterações astrais planetários; sinais de chuva com base na observação do fases lunares; e previsões do tempo com base no movimento dos ventos.

Métodos de previsão meteorológica antigos geralmente invocado padrões observados de eventos, reconhecimento de padrões, também denominado. Por exemplo, pode-se observar que se o sol estava particularmente vermelho, no dia seguinte, muitas vezes trazido bom tempo. Esta experiência acumulada ao longo das gerações para produzir lore tempo. No entanto, nem todas estas previsões provar confiável, e muitos deles já foram encontrados para não levantar-se para o teste estatístico rigoroso.

Não foi até a invenção do telégrafo elétrico em 1835 que a idade moderna da previsão do tempo começou. Antes desta vez, não foi amplamente viável para o transporte de informações sobre o estado atual do tempo mais rápido do que um trem a vapor (e também o trem era uma tecnologia muito nova na época). No final dos anos 1840, o telégrafo permitiu relatórios de condições climáticas de uma vasta área a ser recebido quase que instantaneamente, permitindo previsões a ser feita a partir do conhecimento das condições meteorológicas mais contra o vento. Os dois homens mais creditado com o nascimento de previsão como uma ciência foram Francis Beaufort (recordado principalmente para o Escala de Beaufort) e seu protegido Robert Fitzroy (desenvolvedor do Fitzroy barómetro). Ambos foram homens influentes britânicos círculos militares e governamentais, e embora ridicularizada pela imprensa na época, seu trabalho ganhou credibilidade científica, foi aceite pela Marinha Real , e formou a base para todo o conhecimento previsão do tempo de hoje. Para transmitir informações com precisão, tornou-se necessário ter um vocabulário padrão descrevendo nuvens; isto foi conseguido por meio de uma série de classificações e, na década de 1890, por pictórico atlas nuvem.

Grande progresso foi feito na ciência da meteorologia durante o século 20. A possibilidade de previsão numérica de tempo foi proposta por Lewis Fry Richardson em 1922, embora não existisse computadores para completar o grande número de cálculos necessários para produzir uma previsão antes do evento havia ocorrido. Uso prático de previsão numérica de tempo começou em 1955, estimulada pelo desenvolvimento de eletrônicos programáveis computadores .

Nos Estados Unidos, as primeiras previsões de rádio públicas foram feitas em 1925 por Edward B. "EB" Rideout, sobre WEEI, a estação de Edison Illuminating elétrico em Boston. Rideout veio do US Weather Bureau, como o fez WBZ tempo meteorologista G. Harold Noyes em 1931. previsões Televisão seguido com Jimmie Fidler em Cincinnati em 1940 ou 1947 no DuMont Television Network. The Weather Channel é uma rede de cabo de 24 horas que começou a transmitir em Maio de 1982.

Como criar modelos de previsões

Um exemplo de 500 mbar Previsão da altura geopotencial a partir de um modelo de previsão numérica de tempo

A ideia de base da previsão numérica de tempo é para provar o estado do fluido em um determinado momento e usar as equações de dinâmica de fluidos e termodinâmica para estimar o estado do fluido em algum momento no futuro. Os principais insumos de serviços meteorológicos são baseados no país a partir de observações de superfície automatizada estações meteorológicas ao nível do solo sobre a terra e de bóias meteorológicas no mar. O Organização Meteorológica Mundial atua para padronizar a instrumentação, observar as práticas e calendário destas observações em todo o mundo. Estações de qualquer relatório por hora em METAR relatórios, ou a cada seis horas em SYNOP relatórios. Sites lançar radiossondas, que se elevam através da profundidade do troposfera e para o bem estratosfera. Dados a partir de satélites meteorológicos são usados em áreas de onde as fontes de dados tradicionais não estão disponíveis. Em comparação com dados semelhantes de Radiossondas, os dados de satélite tem a vantagem de cobertura global, contudo, com uma precisão e resolução mais baixa. Radar de Meteorologia fornecer informações sobre a localização e intensidade de precipitação, o que pode ser utilizado para estimar as acumulações de precipitação ao longo do tempo. Além disso, se um Doppler de pulso radar meteorológico é usada então a velocidade e direção do vento pode ser determinada.


Previsões meteorológicas modernos ajudar nas evacuações oportunas e potencialmente salvar vidas e danos à propriedade

Commerce fornece relatórios dos pilotos ao longo das rotas dos aviões, e relatórios de navio ao longo de suas rotas de navegação. Voos de pesquisa usando aviões de reconhecimento voar dentro e em torno de sistemas meteorológicos de interesse, como os ciclones tropicais . Aviões de reconhecimento também são percorridos ao longo dos oceanos abertos durante a estação fria em sistemas que causam incerteza significativa na orientação previsão, ou se espera que sejam de alto impacto 3-7 dias para o futuro sobre o continente a jusante.

Modelos são inicializados usando este dados observados. As observações espaçadas de forma irregular são processados pela assimilação de dados e métodos de análise de objetivos, que realizam o controle de qualidade e obter os valores em locais utilizáveis por algoritmos matemáticos do modelo (geralmente uma grade uniformemente espaçados). Os dados são então utilizadas no modelo, como o ponto de partida para um forecast.Commonly, o conjunto de equações usadas para prever o conhecido como a física e dinâmica da atmosfera são chamados equações primitivas. Essas equações são inicializadas a partir da análise de dados e taxas de mudança são determinados. As taxas de variação prever o estado da atmosfera de um curto período de tempo no futuro. As equações são então aplicadas a este novo estado atmosférico para encontrar novas taxas de variação, e estas novas taxas de variação prever a atmosfera a um ainda mais tempo no futuro. Este procedimento de intensificação tempo é continuamente repetido até a solução atingir a previsão do tempo desejado. A duração do intervalo de tempo está relacionada com a distância entre os pontos da grelha computacional. Intervalos de tempo para globais do clima modelos podem ser da ordem de dezenas de minutos, enquanto intervalos de tempo para os modelos regionais pode ser de alguns segundos a alguns minutos.

As equações utilizadas para calcular a previsão são equações diferenciais parciais não-lineares que são impossíveis de resolver exatamente. Assim, os métodos numéricos aproximados obter soluções. Diferentes modelos utilizam diferentes métodos de solução. Alguns modelos globais usam métodos espectrais para as dimensões horizontal e métodos de diferenças finitas para a dimensão vertical, enquanto os modelos regionais e de outros modelos globais geralmente utilizam métodos de diferenças finitas em todas as três dimensões. A saída visual produzida por uma solução de modelo é conhecido como um gráfico de prognóstico, ou prog para breve. A saída bruta é muitas vezes modificada antes de ser apresentado como a previsão. Isso pode ser na forma de técnicas estatísticas conhecidas para remover vieses no modelo, ou de ajustamento para ter em conta o consenso entre outras previsões meteorológicas numéricos. MOS ou estatísticas de saída do modelo é uma técnica usada para interpretar a saída do modelo numérico e elaborar orientações específicas do local. Esta orientação é apresentado em forma numérica codificada, e pode ser obtido por quase todos National Weather Service relatar estações nos Estados Unidos.

Tal como proposto pela Edward Lorenz em 1963, as previsões de longo alcance, aqueles feitos a uma gama de duas semanas ou mais, são impossíveis de prever definitivamente o estado da atmosfera, devido à natureza caótica do dinâmica de fluidos equações envolvidos. Extremamente pequenos erros na entrada inicial, tais como temperaturas e ventos, dentro de modelos numéricos dobra a cada cinco dias.

Técnicas

Persistência

O método mais simples de previsão do tempo, persistência, baseia-se em condições de hoje para prever as condições amanhã. Esta pode ser uma forma válida de previsão do tempo quando está em estado estacionário, como durante a temporada de verão nos trópicos. Este método de previsão fortemente depende da presença de um teste padrão de tempo estagnada. Pode ser útil em ambas as previsões de curto alcance e previsões de longo alcance.

Utilização de um barómetro

Usando a pressão barométrica e a tendência da pressão (a mudança de pressão ao longo do tempo) foi usado na previsão desde o final do século 19. Quanto maior a variação da pressão, especialmente se mais de 3,5 hPa (0,10 inHg), quanto maior for a mudança no tempo pode ser esperado. Se a queda de pressão é rápida, uma sistema de baixa pressão está se aproximando, e há uma maior chance de chuva. Aumenta a pressão rápidas estão associados com condições climáticas melhorando, como limpar céus.

Olhando para o céu

Marestail mostra umidade em altitude elevada, sinalizando a chegada tardia de tempo molhado.

Junto com tendência de pressão, o uso da condição céu é um dos parâmetros meteorológicos mais importantes que podem ser usados para prever o tempo em áreas montanhosas. Espessamento da cobertura de nuvens ou a invasão de uma coberta de nuvens mais elevado é indicativo de chuva no futuro próximo. Manhã nevoeiro prenuncia condições justas, como condições de chuva são precedidos pelo vento ou nuvens, que impedem a formação de nevoeiro. A abordagem de uma linha de tempestades poderia indicar a aproximação de um frente fria. Nuvem-livre céus são indicativos de tempo justo para o futuro próximo. A bar pode indicar um ciclone tropical que vem. O uso de céu capa na previsão do tempo levou a tempo vários lore ao longo dos séculos.

Nowcasting

O termo também é utilizado previsão imediata em economia.

A previsão do tempo dentro dos próximos seis horas é muitas vezes referida como previsão imediata. Neste intervalo de tempo, é possível prever recursos menores, como chuveiros individuais e trovoadas com razoável precisão, bem como outras características pequenas demais para serem resolvidos por um modelo de computador. Um ser humano tendo em conta a mais recente radar, satélite e dados observacionais será capaz de fazer uma melhor análise das características de pequena escala presentes e assim será capaz de fazer uma previsão mais precisa para as seguintes algumas horas.

O uso de modelos de previsão

Um exemplo de 500 mbar Previsão da altura geopotencial a partir de um modelo de previsão numérica de tempo

No passado, o meteorologista humano foi responsável por gerar toda a previsão do tempo baseada em observações disponíveis. Hoje, entrada humana é geralmente limitada a escolha de um modelo com base em vários parâmetros, tais como preconceitos e desempenho do modelo. Usando um consenso de modelos de previsão, assim como membros do conjunto dos vários modelos, pode ajudar a reduzir o erro de previsão. No entanto, independentemente de quão pequeno o erro médio torna-se com qualquer sistema individual, grandes erros dentro de qualquer determinada peça de orientação ainda são possíveis em qualquer modelo de execução. Os seres humanos são necessárias para interpretar os dados do modelo em previsões meteorológicas que são compreensíveis para o usuário final. Os seres humanos podem usar o conhecimento dos efeitos locais, que podem ser muito pequeno em tamanho para ser resolvido pelo modelo para adicionar informações para a previsão. Enquanto aumenta a precisão dos modelos de previsão implica que pode não ser mais necessário seres humanos no processo de previsão em algum momento no futuro, existe ainda uma necessidade de intervenção humana.

Analog técnica

A técnica analógica é uma forma complexa de fazer uma previsão, exigindo que o previsor se lembrar de um evento de tempo anterior, que é esperado para ser imitada por um evento futuro. O que faz com que seja difícil uma técnica a utilizar é de que não é um análogo raramente perfeita para um evento no futuro. Alguns chamam este tipo de reconhecimento de padrões de previsão. Continua a ser um método útil de observar precipitação sobre vazios de dados, tais como os oceanos, bem como a previsão da quantidade de precipitação e distribuição no futuro. Uma técnica semelhante é usada na previsão de gama média, o que é conhecido como teleconecções, quando os sistemas em outros locais são usados para ajudar a prender para baixo a localização de um outro sistema dentro do regime circundante. Um exemplo de teleconecções estão usando El Niño-Oscilação Sul (ENOS) fenômenos relacionados.

  • Modelo analógico - Um modelo baseado em semelhanças entre o sistema em estudo e um outro sistema ou processo.
  • Modelo analítico - Um modelo que utiliza métodos clássicos, como cálculo ou álgebra para resolver uma série de equações.
  • Modelo conceptual - Uma representação simplificada do sistema a ser examinado.
  • Modelo contínuo - Um modelo que utiliza a simulação contínua, em oposição a um modelo de evento singular.
  • Modelo determinístico - Um modelo que produz a mesma saída para um dado de entrada, sem consideração para o risco ou incerteza.
  • Modelo empírico - Um modelo representado por processos simplificados com base na observação, medições, ou experiência prática e não só aos princípios ou teoria. Um modelo aglomeradas é um exemplo.
  • Modelo explícito - Um modelo numérico que usa valores de parâmetros ou variáveis desconhecidas no início de um intervalo de tempo nos algoritmos computacionais.
  • Implícita modelo - Um modelo numérico que usa valores de parâmetros ou variáveis desconhecidas no final de um intervalo de tempo nos algoritmos computacionais.
  • Modelo de balanço de massa - um modelo baseado na conservação da massa e centra-se no equilíbrio entre as entradas e saídas da área de modelo. Também é conhecido como um modelo de dimensão zero.
  • Modelo numérico - Um modelo que utiliza um método numérico para resolver uma série de equações, em oposição a um modelo de análise. Os resultados dos modelos numéricos são muitas vezes aproximações, enquanto os modelos analíticos produzir soluções exatas.
  • Modelo unidimensional - Um modelo que inclui apenas uma dimensão do espaço.
  • Pseudo-determinista modelo - Um modelo semi-distribuída.
  • Modelo matemático Stochastic - Um modelo que inclui elementos estatísticos e produz um conjunto de saídas para um determinado conjunto de entradas. A saída representa um conjunto de valores esperados.
  • Modelo bidimensional - Um modelo que inclui duas dimensões espaciais, geralmente média horizontal e vertical.
Um exemplo de uma previsão de tempo de dois dias no estilo visual que um jornal americano pode usar. As temperaturas são dadas em Fahrenheit.

A maioria dos usuários finais de previsões são membros do público em geral. Trovoadas podem criar ventos fortes e perigosos relâmpagos que podem levar a mortes, interrupções de energia e queda de granizo generalizado. Neve ou chuva pesada pode trazer transportes e comércio para uma paralisação, bem como causar inundações em áreas baixas. Excessivo calor ou ondas de frio podem adoecer ou matar aqueles com utilitários inadequados, e as secas podem afetar o uso da água e destruir a vegetação.

Vários países utilizam as agências governamentais para fornecer previsões e relógios / avisos / avisos ao público, a fim de proteger a vida ea propriedade e manter interesses comerciais. O conhecimento de que o usuário final precisa de uma previsão de tempo deve ser levado em conta para apresentar a informação de uma maneira útil e compreensível. Exemplos incluem o National Oceanic and Atmospheric Administration de Serviço Meteorológico Nacional (NWS) e Ambiente do Canadá Serviço Meteorológico (MSC). Tradicionalmente, jornal, televisão e rádio têm sido os principais pontos de venda para a apresentação de informações previsão do tempo para o público. Cada vez mais, a internet está sendo usado devido à grande quantidade de informações específicas que podem ser encontrados. Em todos os casos, estes pontos de actualizar as suas previsões sobre uma base regular.

Alertas de tempo severo e alertas

Uma grande parte da moderna previsão do tempo é os alertas de tempo severo e alertas que a questão nacional serviços meteorológicos no caso em que o mau tempo ou perigosos são esperados. Isso é feito para proteger a vida ea propriedade. Alguns dos mais comumente conhecido dos alertas de tempo severo são o temporal severo e aviso furacão, assim como a temporal severo e alerta de tornado. Outras formas de estes avisos incluem o tempo do inverno, vento forte, enchente, ciclone tropical , e nevoeiro. Alertas de tempo severo e alertas são difundidos pelos meios de comunicação, incluindo rádio, usando sistemas de emergência como a Sistema de Alerta de Emergência que quebram na programação regular.

Tráfego aéreo

Nuvem de cinzas da erupção de 2008 Chaitén vulcão que se estende através Patagonia do Pacífico para o Oceano Atlântico

Porque a indústria da aviação é especialmente sensível ao clima, previsão do tempo precisa é essencial. Nevoeiro ou excepcionalmente baixo tectos pode impedir que muitos aviões de aterragem e descolagem. Turbulência e crosta de gelo também são perigos significativos em voo. Trovoadas são um problema para todas as aeronaves por causa da turbulência severa, devido à sua updrafts e limites de escoamento, crosta de gelo, devido à precipitação pesada, bem como grande granizo, ventos fortes, e relâmpagos, todos os quais podem causar graves danos a uma aeronave em vôo. A cinza vulcânica é também um problema significativo para a aviação, como aeronaves pode perder a potência do motor dentro de nuvens de cinzas. Em um dia-a-dia aviões de base são encaminhados para aproveitar a Jet Stream vento de cauda para melhorar a eficiência de combustível. As tripulações são informados antes decolagem sobre as condições que esperar a caminho e no seu destino. Além disso, os aeroportos que muitas vezes mudam pista está sendo usado para tirar proveito de um vento contrário. Isto reduz a distância necessária para a descolagem, e elimina potencial ventos laterais.

Marinho

Uso comercial e de lazer de vias navegáveis pode ser limitado de forma significativa pela direção e velocidade do vento, periodicidade e alturas de onda, marés, e precipitação. Estes factores podem influenciar a cada segurança de trânsito marinho. Consequentemente, uma variedade de códigos foram estabelecidos para transmitir com eficiência as previsões meteorológicas marinhas detalhadas para pilotos de navios via rádio, por exemplo, o MAFOR (previsão marinho). Previsões de tempo típicos podem ser recebidos pelo mar através da utilização de RTTY, Navtex e Radiofax.

Agricultura

Os agricultores contam com previsões do tempo para decidir o trabalho a fazer em qualquer dia particular. Por exemplo, a secagem feno só é viável com o tempo seco. Períodos prolongados de seca pode arruinar algodão , trigo e milho culturas. Enquanto as culturas de milho pode ser arruinado pela seca, seus restos secos pode ser usado como um substituto alimentação do gado na forma de silagem. Geadas e congelamentos jogar estragos com as culturas, tanto durante a primavera eo outono. Por exemplo, pessegueiros em plena floração pode ter sua colheita de pêssego potencial dizimada por um congelamento primavera. Laranjais podem sofrer danos significativos durante geadas e congela, independentemente do seu timing.

Silvicultura

A previsão do tempo de vento, precipitações e umidade é essencial para a prevenção e controle incêndios florestais. Diferentes índices, como o Floresta índice eo clima fogo ?ndice de Haines, foram desenvolvidos para prever as áreas de maior risco de experimentar incêndio de causas naturais ou humanas. As condições para o desenvolvimento de insectos pode ser previsto por previsão da evolução do tempo, também.

Empresas de serviços públicos

Um unidade de tratamento de ar é usado para o aquecimento e refrigeração de ar em um local central (clique na imagem para a legenda).

Empresas de electricidade e gás confiar nas previsões meteorológicas para antecipar a demanda que pode ser fortemente afetado pelo clima. Eles usam a quantidade denominado o dia de grau para determinar quão forte de uma utilização haverá para o aquecimento ( grau de aquecimento dia) ou resfriamento (dia de grau de arrefecimento). Estas quantidades baseiam-se em uma temperatura diária média de 65 ° F (18 ° C). Temperaturas mais frias forçar graus-dias de aquecimento (um por cada grau Fahrenheit), enquanto que as temperaturas mais quentes vigor arrefecimento graus dias. No inverno, o clima frio severo pode causar um aumento na demanda como as pessoas torcem o aquecimento. Da mesma forma, no verão um aumento na demanda pode estar relacionada com o aumento do uso de sistemas de ar condicionado em clima quente. Ao antecipar um aumento na demanda, as empresas de serviços públicos podem comprar suprimentos adicionais de energia ou gás natural antes de os aumentos de preços, ou em algumas circunstâncias, suprimentos são restritos através da utilização de quedas e apagões.

Setor privado

Cada vez mais, as empresas privadas pagam por previsões meteorológicas adaptados às suas necessidades, para que possam aumentar os seus lucros ou evitar grandes perdas. Por exemplo, redes de supermercados podem alterar as unidades populacionais em suas prateleiras, em antecipação de diferentes hábitos de consumo dos consumidores em diferentes condições climáticas. As previsões de tempo pode ser usado para investir no mercado de commodities, tais como futuros em laranjas, milho, soja e óleo.

Aplicações militares

Estados Unidos Forças Armadas

Marinha dos EUA

Emblema do Centro de Atenção JTWC Joint Typhoon

Da mesma forma que o setor privado, os meteorologistas militares atuais condições meteorológicas para a comunidade combatente. Meteorologistas militares fornecer pré-voo e em voo cuecas tempo para pilotos e proporcionar serviços de proteção de recursos em tempo real para as instalações militares. Meteorologistas navais cobrir as águas e as previsões meteorológicas navio. O Marinha dos Estados Unidos oferece um serviço especial para si e para o resto do governo federal através da emissão de previsões para ciclone tropical entre os oceanos Pacífico e ?ndico através do seu Joint Typhoon Warning Centre.

Força Aérea dos EUA

Dentro dos Estados Unidos, da Força Aérea Tempo fornece previsões meteorológicas para a Força Aérea e do Exército. Os meteorologistas da Força Aérea cobrir operações aéreas em ambas as operações em tempo de guerra e tempo de paz e fornecer Apoio do exército; Estados Unidos da Guarda Costeira técnicos da ciência marinha previsão de navio para quebra-gelos e outras várias operações dentro de seu reino; e os meteorologistas Marinhas fornecer suporte para base de ar e subterrâneas Operações United States Marine Corps. Todos os quatro ramos militares tomar a sua formação técnica inicial a meteorologia alistado Base da Força Aérea de Keesler. Analistas militares e civis cooperar activamente na análise, a criação e criticando produtos de previsão meteorológica.

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