遥感地质学-第03讲 遥感物理基础之二_太阳辐射
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地球大气对太阳辐射传输的影响
❖ 大气的吸收作用 ❖ 大气的散射作用 ❖ 大气的反射作用 ❖ 大气的折射作用
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大气的吸收作用
10/22
大气的吸收作用: 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收,形
成太阳辐射的大气吸收带(如下表)。
O2吸收带 <0.2μm,0.155 μm最强
O3吸收带 0.2~0.36 μm,0.6 μm
➢ 电离层:高度在50~1 000 km,大气中的O2、N2受紫外线照 射而电离,对遥感波段是透明的,是陆地卫星活动空间。
➢ 大气外层:800~35 000 km ,空气极稀薄,对卫星基本上没有
影响。
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8/22
大气成分
大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、 水滴等组成。 气体:N2,O2,H2O,CO2,CO,CH4,O3 悬浮微粒:尘埃
H2O吸收带 0.5~0.9 μm , 0.95~2.85 μm,6.25 μm
CO2吸收带 1.35~2.85 μm, 2.7 μm,4.3 μm,14.5 μm
尘埃
吸收量很小
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大气的散射作用
11/22
不同于吸收作用,只改变传播方向,不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。 对遥感图像来说,降低了传感器接收数据的质量,造成 图像模糊不清。 散射主要发生在可见光区。 大气发生的散射主要有三种:
包括近紫外、可见光、近红外和中红外; 经过大气层的太阳辐射返回有很大的衰减; 各波段的衰减是不均衡的。
Байду номын сангаас
二、地球大气对太阳辐射传输的影响
7/22
大气层结构
从地面到大气上界,大气的结构分层为:
➢ 对流层:高度在7~12 km,温度随高度而降低,天气变化频繁, 航空遥感主要在该层内。
➢ 平流层:高度在12~50 km,底部为同温层(航空遥感活动 层),同温层以上,温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升 高。
结 束
二、地球大气对太阳辐射传输的影响
6/22
太阳辐射
• 太阳辐射:即太阳光,是遥感主要的辐射源。
• 太阳常数:不受大气影响,在地球大气上界 太垂阳直光于相太当阳于辐60射00 方K的向黑上体,辐单射位;面积和单位时 太间阳所辐接射收的到能的量太主要阳集辐中射在能可量见。光,其中0.38 ~ 0.76 µI=m的13可6见0W光/能m量2 占太阳辐射总能量的46%,最 •大到在辐达射大地强气面度上的位界太于和阳波海辐长射平0.4主面7要µ测m集得左中右的在;太0.3阳~辐3射.0 µ曲m线波段,
无选择性散射
14/22
(Non-selective scattering)
当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射。 这种散射的特点是散射强度与波长无关,因此, 在符合无选择性散射条件的波段中,任何波长的 散射强度相同,因此称为无选择性散射。
15/22
散射与波长的关系
对大气分子、原子引起的瑞利散射主要发生在可见光和近 紫外。
当云层厚度达50m时,反射量达50%以上,厚度 为500m时,反射量超过80%。 另外,大气中直径大于10-6m的微粒也会产生反射 作用。
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17/22
大气的折射作用
• 折射现象:传播方向改变,电磁波在大气 中传播轨迹实际上是一条曲线。
• 朝日大还是中日大?
孔子东游,见两小儿辩斗,问其故。 一儿曰:“我以日始出时去人近,而日中时远也。” 一儿曰:“我以日初出远,而日中时近也。” 一儿曰:“日初出大如车盖。及日中,则如盘盂,此不为远者小而近者大乎?” 一儿曰:“日初出沧沧凉凉,及其日中如探汤,此不为近者热而远者凉乎?” 孔子不能决也。两小儿笑曰:“孰为汝多知乎?”
★ “微黑波体: ”。 1-1000mm
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二、地球大气对太阳辐射传输的影响
• 太阳辐射 • 地球大气对太阳辐射传输的影响
大气层的结构 大气的成分 大气对太阳辐射传输的影响 • 大气窗口
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本节主要内容
(1)可摄影波段0.3-1.3μm,紫外、可见光、近红外;
•(太2)阳近辐红射外是波段被1动.5-遥2感.5μ主m要,的1.5辐-1射.75源μm。和2.1-2.4μm; •( 1、地3电)选球磁择中波大大红通气气外过对窗波地口段太球。3阳.大0-辐气5射层.0时μ的m较传,少输3被.5影-反4响射.2μ有、m吸和吸4收收.6或-作5散.0用射μm、,;散透 ( 2、射4过)认作率识远较用大红高、气外的反传波波输段射段对8作.,0遥-用称感1和为4图.大0折像μ气m射判窗;读作口的用。影。响:①大气散射使短 •( 波 减大5波小)段;气微(②窗波如大口波气0的.段5的-0概0吸..86念-收μm1使0)长0c的波m地波。物段影(像如增0.加8-亮1.1度μ,m使)景减物低反亮差度。 •3、主为要图大像气恢窗复或口辐射校正提供依据。 • 大气对太阳辐射的影响特征如何在遥感中应用?
对于大气微粒引起的米氏散射从近紫外到红外都有影响, 当波长进入红外波段后,米氏散射的影响超过瑞利散射。
大气云层中小水滴的直径相对较大,对可见光只有无选择 性散射发生,大气层越厚,散射越强,对于微波,它的波 长比大气中微粒大,主要出现瑞利散射。
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大气的反射作用
电磁波传播过程中通过两种介质的交界面上时, 还会出现反射现象。而通过大气时,气体、尘埃 反射作用很小,反射现象主要发生在云层顶部, 取决于云量和云雾,而且各个波段均受到不同程 度的影响,严重地削弱了电磁波强度。
瑞利散射:d <<λ 米氏散射:d ≈λ 非选择性散射:d >>λ
瑞利散射(Rayleigh scattering) 12/22
当大气中粒子的直径比波长小的多时发生的 散射。这种散射主要由大气中原子、分子,如 氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起。特点是 散射强度与波长的四次方成反比I∝λ-4。
13/22
米氏散射(Mie scattering)
当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的 散射,由烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。
米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比,即 I∝λ-2,且散射在光线向前方向比向后方向的散 射强度更强,方向性较明显。
云、雾的粒子大小与红外线(0.76~15μm)的波 长接近,所以云雾对红外线的散射主要是米氏散 射。因此,潮湿天气米氏散射影响较大。
折射角度大。
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大气窗口
• 大气窗口 •电主磁要波大通气过窗地口球和大遥气感层波时谱较通少道被(反波射段、):吸P收13或表散2-射4 ,透过率 包及电得近电微有其(((较括近磁和红磁波时特123高)))部红波记外波波也点的分外信录窗信段可是波013紫波息地口息:将:...350段---外段来物,仍其该微125,...((自的在来常窗波350称μμμ地电白自用口00穿为..mmm73面磁天地的扩云6-大:::-目波日面波展透0气紫近中1.标信照目段为雾3窗.外红红38物息条标为的0μμ口波外外.0mm的件物能0;5。段波波.))8c反好的力电cm、段段,、m射的反强磁至可是全,光时射,波3见摄部30谱候光这的c0光影可m;扫谱一c透波m成,见可描,区射波段像5光以成但间率c段、的(m用像不可在。近,最0摄常能以9.红31佳0影用全80%外-波c方这胶天以m波0段式些片候.等上段7,来波摄工6等。μ也获段影作m, ,;) 是比只中主(许如能红要4)T多用外用M卫扫波于的星描段主58-、传仪,电动147感和物磁遥μ波器光体波感m段扫谱的信,:等描仪热息如远用成以辐侧由红以像及射视地外探的射较雷面波测常线强达物段植用测。体物波试如反含段仪射N水O,来太A量比测阳A以卫如量辐及星,和射云的记和L、aA录地n雪Vd;面Hs或aR由物t用R于体卫传于水自星 的地汽感身远远(T质、器的红红5M)制二用发外外的图氧射波波31.05-等化辐段段.458波--。碳射::31.段0等混主探903,c的合要测μmmS作来或而:P探用自记成微O测T,物录,波卫海体目1用波.星面8热标扫段μ的温m辐物描H度附射的仪R,近V的发和波获有能射光段得一量光谱等昼个,谱仪。夜吸适,探云收于利测图带夜用和。,间扫记因成描录此像仪;使,和也此测热分 窗为量辐口两探射又个测计分小目、为窗标光两口的谱个:地计小物;3.5窗温是-口度地4.。1表2.μ5物m-体透1.在7过5常率μm温为和下925辐%.1射-,能24..量46μ-最m5强。μm的透波过段率; 约在9为.66μ0m-附70近%处。,分为两个小窗口,透射率约在60-80%。
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遥感地质学
Remote Sensing Geology 遥感物理基础(2)
-地球大气对太阳辐射传输的影响
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遥感地质学章节内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
绪论 遥感物理基础(电磁波谱与电磁辐射) 遥感成像原理与图像特征 遥感图像处理 遥感图像地质解译标志 遥感图像地貌解译 遥感图像的岩性解译 遥感图像构造解译 遥感应用
22/22
思考题
1、大气的散射现象有几种类型?根据不同散射类 型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别,说 明为什么微波具有穿云透雾能力而可见光不能?
2、综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥 感器这一整个过程中所发生的物理现象。
3、什么是大气窗口?大气窗口有哪些波段区间?
3/22
第二章 遥感物理基础
本章主要内容
➢ 电磁波谱与电磁辐射的概念 ➢ 地球大气对太阳辐射传输的影响 ➢ 地球辐射与地物波谱特征 ➢ 彩色原理(色度学)
上节主要内容
• 电磁辐射是遥感技术的物理基础。 • 电磁波谱的概念 •电遥磁波感谱中是常各种用电的磁电波按磁其波波波长(段或频率)的大小依次排 •列 ★黑形紫成外体的 波的图段概表:。念0.28-0.38μm •★ ★ 在 1(实可红任即见外何际全光 波 温物部波段度吸体段:下收:,电1对000磁..037各%86辐--种)01波射的.07长06物规0μ的μ体mm律电紫称近磁M蓝为中辐=青“远射绿ε绝超M的黄对吸0橙黑(收λ红体,系”数T,)α简恒称等于
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20/22
地球大气对太阳辐射传输特性的遥感应用:
1.选择大气窗口。 2.认识大气传输对遥感图像判读的影响:
①大气散射使短波波段(如0.5-0.6μm)的地物 影像增加亮度,使景物反差减小; ②大气的吸收使长波波段(如0.8-1.1μm)减低 亮度。 3.为图像恢复或辐射校正提供依据。
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地球大气对太阳辐射传输的影响
❖ 大气的吸收作用 ❖ 大气的散射作用 ❖ 大气的反射作用 ❖ 大气的折射作用
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大气的吸收作用
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大气的吸收作用: 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收,形
成太阳辐射的大气吸收带(如下表)。
O2吸收带 <0.2μm,0.155 μm最强
O3吸收带 0.2~0.36 μm,0.6 μm
➢ 电离层:高度在50~1 000 km,大气中的O2、N2受紫外线照 射而电离,对遥感波段是透明的,是陆地卫星活动空间。
➢ 大气外层:800~35 000 km ,空气极稀薄,对卫星基本上没有
影响。
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大气成分
大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、 水滴等组成。 气体:N2,O2,H2O,CO2,CO,CH4,O3 悬浮微粒:尘埃
H2O吸收带 0.5~0.9 μm , 0.95~2.85 μm,6.25 μm
CO2吸收带 1.35~2.85 μm, 2.7 μm,4.3 μm,14.5 μm
尘埃
吸收量很小
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大气的散射作用
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不同于吸收作用,只改变传播方向,不能转变为内能。 大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。 对遥感图像来说,降低了传感器接收数据的质量,造成 图像模糊不清。 散射主要发生在可见光区。 大气发生的散射主要有三种:
包括近紫外、可见光、近红外和中红外; 经过大气层的太阳辐射返回有很大的衰减; 各波段的衰减是不均衡的。
Байду номын сангаас
二、地球大气对太阳辐射传输的影响
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大气层结构
从地面到大气上界,大气的结构分层为:
➢ 对流层:高度在7~12 km,温度随高度而降低,天气变化频繁, 航空遥感主要在该层内。
➢ 平流层:高度在12~50 km,底部为同温层(航空遥感活动 层),同温层以上,温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升 高。
结 束
二、地球大气对太阳辐射传输的影响
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太阳辐射
• 太阳辐射:即太阳光,是遥感主要的辐射源。
• 太阳常数:不受大气影响,在地球大气上界 太垂阳直光于相太当阳于辐60射00 方K的向黑上体,辐单射位;面积和单位时 太间阳所辐接射收的到能的量太主要阳集辐中射在能可量见。光,其中0.38 ~ 0.76 µI=m的13可6见0W光/能m量2 占太阳辐射总能量的46%,最 •大到在辐达射大地强气面度上的位界太于和阳波海辐长射平0.4主面7要µ测m集得左中右的在;太0.3阳~辐3射.0 µ曲m线波段,
无选择性散射
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(Non-selective scattering)
当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射。 这种散射的特点是散射强度与波长无关,因此, 在符合无选择性散射条件的波段中,任何波长的 散射强度相同,因此称为无选择性散射。
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散射与波长的关系
对大气分子、原子引起的瑞利散射主要发生在可见光和近 紫外。
当云层厚度达50m时,反射量达50%以上,厚度 为500m时,反射量超过80%。 另外,大气中直径大于10-6m的微粒也会产生反射 作用。
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大气的折射作用
• 折射现象:传播方向改变,电磁波在大气 中传播轨迹实际上是一条曲线。
• 朝日大还是中日大?
孔子东游,见两小儿辩斗,问其故。 一儿曰:“我以日始出时去人近,而日中时远也。” 一儿曰:“我以日初出远,而日中时近也。” 一儿曰:“日初出大如车盖。及日中,则如盘盂,此不为远者小而近者大乎?” 一儿曰:“日初出沧沧凉凉,及其日中如探汤,此不为近者热而远者凉乎?” 孔子不能决也。两小儿笑曰:“孰为汝多知乎?”
★ “微黑波体: ”。 1-1000mm
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二、地球大气对太阳辐射传输的影响
• 太阳辐射 • 地球大气对太阳辐射传输的影响
大气层的结构 大气的成分 大气对太阳辐射传输的影响 • 大气窗口
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本节主要内容
(1)可摄影波段0.3-1.3μm,紫外、可见光、近红外;
•(太2)阳近辐红射外是波段被1动.5-遥2感.5μ主m要,的1.5辐-1射.75源μm。和2.1-2.4μm; •( 1、地3电)选球磁择中波大大红通气气外过对窗波地口段太球。3阳.大0-辐气5射层.0时μ的m较传,少输3被.5影-反4响射.2μ有、m吸和吸4收收.6或-作5散.0用射μm、,;散透 ( 2、射4过)认作率识远较用大红高、气外的反传波波输段射段对8作.,0遥-用称感1和为4图.大0折像μ气m射判窗;读作口的用。影。响:①大气散射使短 •( 波 减大5波小)段;气微(②窗波如大口波气0的.段5的-0概0吸..86念-收μm1使0)长0c的波m地波。物段影(像如增0.加8-亮1.1度μ,m使)景减物低反亮差度。 •3、主为要图大像气恢窗复或口辐射校正提供依据。 • 大气对太阳辐射的影响特征如何在遥感中应用?
对于大气微粒引起的米氏散射从近紫外到红外都有影响, 当波长进入红外波段后,米氏散射的影响超过瑞利散射。
大气云层中小水滴的直径相对较大,对可见光只有无选择 性散射发生,大气层越厚,散射越强,对于微波,它的波 长比大气中微粒大,主要出现瑞利散射。
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大气的反射作用
电磁波传播过程中通过两种介质的交界面上时, 还会出现反射现象。而通过大气时,气体、尘埃 反射作用很小,反射现象主要发生在云层顶部, 取决于云量和云雾,而且各个波段均受到不同程 度的影响,严重地削弱了电磁波强度。
瑞利散射:d <<λ 米氏散射:d ≈λ 非选择性散射:d >>λ
瑞利散射(Rayleigh scattering) 12/22
当大气中粒子的直径比波长小的多时发生的 散射。这种散射主要由大气中原子、分子,如 氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起。特点是 散射强度与波长的四次方成反比I∝λ-4。
13/22
米氏散射(Mie scattering)
当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的 散射,由烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。
米氏散射的散射强度与波长的二次方成反比,即 I∝λ-2,且散射在光线向前方向比向后方向的散 射强度更强,方向性较明显。
云、雾的粒子大小与红外线(0.76~15μm)的波 长接近,所以云雾对红外线的散射主要是米氏散 射。因此,潮湿天气米氏散射影响较大。
折射角度大。
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大气窗口
• 大气窗口 •电主磁要波大通气过窗地口球和大遥气感层波时谱较通少道被(反波射段、):吸P收13或表散2-射4 ,透过率 包及电得近电微有其(((较括近磁和红磁波时特123高)))部红波记外波波也点的分外信录窗信段可是波013紫波息地口息:将:...350段---外段来物,仍其该微125,...((自的在来常窗波350称μμμ地电白自用口00穿为..mmm73面磁天地的扩云6-大:::-目波日面波展透0气紫近中1.标信照目段为雾3窗.外红红38物息条标为的0μμ口波外外.0mm的件物能0;5。段波波.))8c反好的力电cm、段段,、m射的反强磁至可是全,光时射,波3见摄部30谱候光这的c0光影可m;扫谱一c透波m成,见可描,区射波段像5光以成但间率c段、的(m用像不可在。近,最0摄常能以9.红31佳0影用全80%外-波c方这胶天以m波0段式些片候.等上段7,来波摄工6等。μ也获段影作m, ,;) 是比只中主(许如能红要4)T多用外用M卫扫波于的星描段主58-、传仪,电动147感和物磁遥μ波器光体波感m段扫谱的信,:等描仪热息如远用成以辐侧由红以像及射视地外探的射较雷面波测常线强达物段植用测。体物波试如反含段仪射N水O,来太A量比测阳A以卫如量辐及星,和射云的记和L、aA录地n雪Vd;面Hs或aR由物t用R于体卫传于水自星 的地汽感身远远(T质、器的红红5M)制二用发外外的图氧射波波31.05-等化辐段段.458波--。碳射::31.段0等混主探903,c的合要测μmmS作来或而:P探用自记成微O测T,物录,波卫海体目1用波.星面8热标扫段μ的温m辐物描H度附射的仪R,近V的发和波获有能射光段得一量光谱等昼个,谱仪。夜吸适,探云收于利测图带夜用和。,间扫记因成描录此像仪;使,和也此测热分 窗为量辐口两探射又个测计分小目、为窗标光两口的谱个:地计小物;3.5窗温是-口度地4.。1表2.μ5物m-体透1.在7过5常率μm温为和下925辐%.1射-,能24..量46μ-最m5强。μm的透波过段率; 约在9为.66μ0m-附70近%处。,分为两个小窗口,透射率约在60-80%。
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遥感地质学
Remote Sensing Geology 遥感物理基础(2)
-地球大气对太阳辐射传输的影响
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遥感地质学章节内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
绪论 遥感物理基础(电磁波谱与电磁辐射) 遥感成像原理与图像特征 遥感图像处理 遥感图像地质解译标志 遥感图像地貌解译 遥感图像的岩性解译 遥感图像构造解译 遥感应用
22/22
思考题
1、大气的散射现象有几种类型?根据不同散射类 型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别,说 明为什么微波具有穿云透雾能力而可见光不能?
2、综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回到遥 感器这一整个过程中所发生的物理现象。
3、什么是大气窗口?大气窗口有哪些波段区间?
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第二章 遥感物理基础
本章主要内容
➢ 电磁波谱与电磁辐射的概念 ➢ 地球大气对太阳辐射传输的影响 ➢ 地球辐射与地物波谱特征 ➢ 彩色原理(色度学)
上节主要内容
• 电磁辐射是遥感技术的物理基础。 • 电磁波谱的概念 •电遥磁波感谱中是常各种用电的磁电波按磁其波波波长(段或频率)的大小依次排 •列 ★黑形紫成外体的 波的图段概表:。念0.28-0.38μm •★ ★ 在 1(实可红任即见外何际全光 波 温物部波段度吸体段:下收:,电1对000磁..037各%86辐--种)01波射的.07长06物规0μ的μ体mm律电紫称近磁M蓝为中辐=青“远射绿ε绝超M的黄对吸0橙黑(收λ红体,系”数T,)α简恒称等于
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地球大气对太阳辐射传输特性的遥感应用:
1.选择大气窗口。 2.认识大气传输对遥感图像判读的影响:
①大气散射使短波波段(如0.5-0.6μm)的地物 影像增加亮度,使景物反差减小; ②大气的吸收使长波波段(如0.8-1.1μm)减低 亮度。 3.为图像恢复或辐射校正提供依据。
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