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博碩士論文 etd-0906106-105707 詳細資訊
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論文名稱
Title
台東地區臭氧及相關空氣污染物變化趨勢與成因分析
The Analysis of the Causes and the Variations on Ozone and Related Air Pollutants in Taitung Area
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
214
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2006-06-12
繳交日期
Date of Submission
2006-09-06
關鍵字
Keywords
事件日、年變化率、因素分析法、相對季節變化幅度、臭氧
Abnormal Events, Ozone, Seasonal variation, Annual rate of change, Factor analysis
統計
Statistics
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中文摘要
摘要
原本屬於環境品質較佳的台東地區,近年來空氣品質有類似台灣西部部分地區臭氧(O3)濃度逐年提高之現象。由於臭氧是二次光化學污染物,其累積濃度除與當地污染物如氮氧化物(NOx)、揮發性有機物(VOC)排放及境外污染物輸入等有關外,亦與氣象條件相關連。
本研究首先分析比較台東和其它測站之臭氧及相關空氣污染物長期趨勢,接著利用因素分析法(Factor Analysis)分析台東地區空氣污染物及氣象因子之相關性;最後篩選台東地區臭氧濃度異常時期之事件日,就時空、季節與氣象條件等探討空氣品質較差之原因。
臭氧逐月平均濃度趨勢分析結果,各測站年變化率(AR)除觀音站為-0.18%外,其它站均呈逐年升高趨勢。台東站以每年春季之3~5月及秋季之10~11月較高,年變化率有較東部地區或恆春站為高之情形。相對季節變化幅度(SV)有由北往南遞增的趨勢,以恆春站最大,其次為台東站,顯示臭氧濃度較容易受季節性變動所影響。
以因素分析法分析近三年臭氧濃度與氣象因子和污染物之間的相關性,結果發現四季皆有與風速呈正相關,夏季則又有與氣壓呈負相關之情形;此外,分析台東站與其它測站臭氧之相關性,則四季皆有與花蓮站呈正相關之結果。
在臭氧事件日分析中,伴隨著颱風來臨,可能有境外傳輸情形外,當臭氧濃度偏高時,除了低風速、低降雨量為較顯著特徵外,其它分析數據研判氣候條件對於臭氧濃度之影響尚不明顯。
Abstract
ABSTRACT
Taitung area was commonly seen as a particularly clean environment. But the air quality has diminished lately similar to that seen in some parts of the populated western area in Taiwan, with ozone (O3) concentration levels rising every year. Because ozone is a byproduct of photochemistry, its accumulation is not only related to the discharge of local pollutants such as nitrogen oxide compounds (NOx), volatile organic compounds (VOC) and the introduction of external pollutants, but also related to the meteorological conditions.

This research began with comparing the long-term trends of ozone concentration level and related pollutants in the Taitung area with those found in other survey stations spread in Taiwan. Through factor analysis, the relationship between air pollutants and meteorological parameters are analyzed. Finally, a screening of the events of abnormal ozone concentrations, followed with detailed analysis of the hourly data during these events and the discussion of the possible reasons for the comparatively poor air quality during these events and their correlations with seasons and meteorological conditions.

Analysis of the trends in monthly averaged concentration of ozone shows that the annual rate of change (AR) is increasing at all stations under this study, except the Guanyin station being -0.18%. Taitung station has relatively higher levels every spring (March - May) and fall (October – November); the annual rate of change is higher than other east area in Taiwan and the Hengchun station. These seasonal variation (SV) shows a progressively increasing north to south trend, Hengchun station being the highest and Taitung station being the second highest, indicates that concentrations of ozone are influenced by seasonal changes.

By using the method of factor analysis to analyze the relation among ozone concentrations, meteorological parameters and pollution parameters, resulted in a direct relationship to the wind speeds over the four seasons. The results show a negative relationship to the atmospheric pressure during summer. The ozone concentrations of the Taitung station show a direct relationship to the Hualian station, which indicates the north to south dispersion relationship. The Analysis of the abnormal event also shows that typhoons may be an important carrier for transporting external pollutants into the area.
目次 Table of Contents
目錄
誌謝 ……………………………………………………………………Ⅰ
摘要 ……………………………………………………………………Ⅱ
ABSTRACT ………………………………………………………………Ⅲ
目錄 ……………………………………………………………………Ⅴ
表目錄 …………………………………………………………………Ⅶ
圖目錄 …………………………………………………………………Ⅹ
附表目錄 ……………………………………………………………ⅩⅢ
附圖目錄 ……………………………………………………………ⅩⅢ
第一章 緒論 ……………………………………………………………1
1.1 研究緣起 ……………………………………………………………………1
1.2 研究目的 ……………………………………………………………………3
1.3 章節概述 ……………………………………………………………………4
第二章 台東地區環境背景概述 ………………………………………5
2.1 台東地區氣候資料分析………………………………………………………5
2.2 環境負荷 ……………………………………………………………………19
2.3 污染物排放狀況 ……………………………………………………………24
2.3.1 污染物排放清單 ……………………………………………………24
2.3.2 污染物排放現況 ……………………………………………………27
2.4 台東地區空氣品質資料分析 ………………………………………………32
第三章 文獻回顧 ………………………………………………………43
3.1 大氣中臭氧之分布 …………………………………………………………43
3.2 臭氧形成理論 ………………………………………………………………43
3.2.1 NO2 之光解循環 …………………………………………………… 44
3.2.2 揮發性有機物 (VOC)的影響 ………………………………………46
3.2.3 滴定效應 ……………………………………………………………46
3.2.4 一氧化碳(CO)的影響 ………………………………………………48
3.3 NOx及VOC與O3生成潛勢的關係 …………………………………………49
3.4 氣象條件影響因素 …………………………………………………………50
3.4.1 化學性作用 …………………………………………………………50
3.4.2 物理性作用 …………………………………………………………50
3.4.3 綜觀天氣型態與臭氧關係之研究 …………………………………54
第四章 研究方法 ………………………………………………………55
4.1 研究架構 ……………………………………………………………………55
4.2 資料蒐集及彙整 ……………………………………………………………58
4.3 空氣品質趨勢分析 …………………………………………………………59
4.4 空氣污染物與氣象條件相關性分析 ………………………………………62
4.4.1 主成分分析與因素分析 ……………………………………………62
4.4.2 分析項目變數選取 …………………………………………………67
4.5 臭氧事件日之篩選與分析 …………………………………………………68
第五章 分析結果 ………………………………………………………69
5.1 台東測站臭氧濃度逐年變化趨勢 …………………………………………69
5.2 台東和其它測站空氣污染物逐月變化趨勢分析 …………………………73
5.2.1 各測站臭氧、臭氧前驅物及CO 之長期趨勢變化 ………………80
5.2.2 各測站臭氧長期趨勢推估值與實測值之比較 ……………………84
5.3 空氣污染物與氣象條件相關性分析 ……………………………………104
5.3.1 台東站氣象因子與污染物之因素分析 …………………………104
5.3.2 各站臭氧濃度之因素分析 ………………………………………118
5.4 臭氧事件日之篩選與分析 ………………………………………………126
5.4.1 PSI大於100 ………………………………………………………126
5.4.2 PSI大於70 ………………………………………………………129
5.4.3 PSI大於50 ………………………………………………………138
第六章 結論與建議 …………………………………………………145
6.1 結論 ………………………………………………………………………145
6.2 建議 ………………………………………………………………………148
參考文獻 ………………………………………………………………149
附錄A 台東縣各污染源排放量大類總表 ……………………………A-1
附錄B 環保署空氣品質監測站網測站資料一覽表 …………………B-1
附錄C 各污染物趨勢分析擾動值P-Value檢定 ……………………C-1

表目錄
表2.1-1 台東測站民國84年至94年之逐年氣象基本資料 …………………6
表2.1-2 台東測站第一季之逐季氣象資料 ……………………………………8
表2.1-3 台東測站第二季之逐季氣象資料 ……………………………………9
表2.1-4 台東測站第三季之逐季氣象資料 ……………………………………10
表2.1-5 台東測站第四季之逐季氣象資料 ……………………………………11
表2.2-1 歷年人口負荷程度分析 ………………………………………………20
表2.2-2 歷年觀光人數分析 ……………………………………………………20
表2.2-3 歷年車輛負荷分析 ……………………………………………………20
表2.2-4 台東縣歷年汽、柴油銷售量統計分析 ………………………………22
表2.2-5 歷年產業分析 …………………………………………………………22
表2.2-6 歷年農業分析 …………………………………………………………23
表2.2-7 歷年垃圾清運量分析 …………………………………………………23
表2.3-1 台東縣86年及89年空氣污染物排放量比較表 ……………………26
表2.3-2 固定源粒狀物排放量前十大工廠 ……………………………………28
表2.3-3 固定源硫氧化物排放量前十大工廠 …………………………………29
表2.3-4 固定源氮氧化物排放量前十大工廠 …………………………………29
表2.3-5 固定源NMHC排放量前十大工廠 ………………………………………30
表2.3-6 營建工程總逸散量排放量前十大工地 ………………………………30
表2.4-1 空氣品質測站基本資料 ………………………………………………36
表2.4-2 環保署台東測站空氣品質實測資料統計表 …………………………37
表4.4-1 因素負荷矩陣 ………………………………………………………… 64
表5.1-1 台東測站歷年總氧化劑年平均濃度統計表 …………………………69
表5.1-2 台東測站歷年臭氧前驅物與臭氧年平均濃度統計表 ………………71
表5.2-1a 各站O3 濃度變化趨勢分析結果(83~94年) …………………………74
表5.2-1b 各站NMHC濃度變化趨勢分析結果(83~94年) ………………………75
表5.2-1c 各站NO濃度變化趨勢分析結果(83~94年) …………………………76
表5.2-1d 各站NO2 濃度變化趨勢分析結果(83~94年) ………………………77
表5.2-1e 各站NOx 濃度變化趨勢分析結果(83~94年) ………………………78
表5.2-1f 各站CO濃度變化趨勢分析結果(83~94年) …………………………79
表5.3-1 台東站氣象因子與污染物之因素分析(春季) ……………………104
表5.3-2 台東站氣象因子與污染物之因素分析(夏季) ……………………106
表5.3-3 台東站氣象因子與污染物之因素分析(秋季) ……………………108
表5.3-4 台東站氣象因子與污染物之因素分析(冬季) ……………………110
表5.3-5 台東地區影響臭氧之因子 …………………………………………111
表5.3-6 台東站臭氧及相關空氣污染物之因素分析(春季) ………………115
表5.3-7 台東站臭氧及相關空氣污染物之因素分析(夏季) ………………115
表5.3-8 台東站臭氧及相關空氣污染物之因素分析(秋季) ………………116
表5.3-9 台東站臭氧及相關空氣污染物之因素分析(冬季) ………………116
表5.3-10 13個空氣品質監測站臭氧之因素分析(春季) ……………………118
表5.3-11 13個空氣品質監測站臭氧之因素分析(夏季) ……………………120
表5.3-12 13個空氣品質監測站臭氧之因素分析(秋季) ……………………121
表5.3-13 13個空氣品質監測站臭氧之因素分析(冬季) ……………………122
表5.3-14 13個測站臭氧因素分析與台東站有關之結果 ……………………123
表5.4-1 2001年10月事件日空品資料表 ……………………………………127
表5.4-2 台東及鄰近測站之臭氧濃度PSI值比較表(2003.8.7) …………130
表5.4-3 台東測站臭氧濃度與氣象條件逐時分析比較表(2003.8.7) ……131
表5.4-4 台東及鄰近測站之臭氧濃度PSI值比較表(2005.4.3) …………132
表5.4-5 台東測站臭氧濃度與氣象條件逐時分析比較表(2005.4.3) ……134
表5.4-6 台東及鄰近測站之臭氧濃度PSI值比較表(2005.8.30) …………135
表5.4-7 台東測站臭氧濃度與氣象條件逐時分析比較表(2005.8.30) ……137
表5.4-8 台東及花蓮測站臭氧濃度指標(PSI大於50)之站日數統計表 …139
表5.4-9 台東測站臭氧之月平均濃度統計表 ………………………………141
表5.4-10 台東測站臭氧濃度及氣候條件對照分析表 ………………………144

圖目錄
圖2.1-1 台東地區自民國84年至94年間平均氣溫變化 ………………7
圖2.1-2 台東地區自民國84年至94年間平均氣壓變化 ……………………13
圖2.1-3 台東地區自民國84年至94年間平均風風速變化 …………………13
圖2.1-4 台東地區自民國84年至94年間平均相對濕度變化 ………………15
圖2.1-5 台東地區自民國84年至94年間累積降雨量變化 …………………15
圖2.1-6 台東地區自民國84年至94年間累積日照時數變化 ………………17
圖2.1-7 台東地區自民國84年至94年間日照率變化 ………………………17
圖2.1-8 台東地區自民國84年至94年間全天空日射量變化圖 ……………18
圖2.3-1 台東縣89年各污染源空氣污染物貢獻量比例 ……………………31
圖2.4-1 環保署空氣品質監測站分布圖 ………………………………35
圖2.4-2 台東縣空氣品質自動測站現況圖 ……………………………………36
圖2.4-3 歷年台東測站懸浮微粒月平均濃度變化趨勢圖 ……………………39
圖2.4-4 歷年台東測站二氧化硫月平均濃度變化趨勢圖 ……………………39
圖2.4-5 歷年台東測站二氧化氮月平均濃度變化趨勢圖 ……………………40
圖2.4-6 歷年台東測站一氧化碳月平均濃度變化趨勢圖 ……………………40
圖2.4-7 歷年台東測站臭氧月平均濃度變化趨勢圖 …………………………41
圖2.4-8 歷年台東測站總碳氫化合物月平均濃度變化趨勢圖 ………………41
圖2.4-9 歷年台東測站非甲烷碳氫化合物月平均濃度變化趨勢圖 ………… 42
圖3.2-1 A simplified photochemical reaction scheme …………………45
圖3.2-2 台東測站逐時O3、NO2與NO濃度變化圖 ……………………………47
圖3.3-1 NOx與NMHC之比值 ………………………………………………………49
圖3.4-1 乾絕熱遞減率決定大氣混合層高度的方法 ………………………… 52
圖4.1-1 研究架構 ………………………………………………………………56
圖5.1-1 台東測站歷年總氧化劑年平均濃度分析 ……………………………70
圖5.1-2 台東測站歷年臭氧前驅物與臭氧年平均濃度比較圖 ………………72
圖5.2-1a 陽明站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………85
圖5.2-1b 陽明站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………85
圖5.2-2a 萬里站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………86
圖5.2-2b 萬里站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………86
圖5.2-3a 觀音站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………87
圖5.2-3b 觀音站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………87
圖5.2-4a 三義站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………88
圖5.2-4b 三義站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………88
圖5.2-5a 橋頭站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………89
圖5.2-5b 橋頭站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………89
圖5.2-6a 林園站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………90
圖5.2-6b 林園站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………90
圖5.2-7a 大寮站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………91
圖5.2-7b 大寮站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………91
圖5.2-8a 屏東站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………92
圖5.2-8b 屏東站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………92
圖5.2-9a 潮州站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………93
圖5.2-9b 潮州站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………93
圖5.2-10a 恆春站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………94
圖5.2-10b 恆春站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………94
圖5.2-11a 宜蘭站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………95
圖5.2-11b 宜蘭站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………95
圖5.2-12a 花蓮站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………96
圖5.2-12b 花蓮站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………96
圖5.2-13a 台東站臭氧月平均濃度趨勢分析 …………………………………97
圖5.2-13b 台東站臭氧月平均濃度實測值與推估值比較 ……………………97
圖5.3-1 台東地區風速與臭氧逐時關係圖 …………………………………113
圖5.3-2 台東地區風速、氣壓與臭氧逐時關係圖 …………………………114
圖5.3-3 台東地區O3、NO2與NO逐時關係圖 ………………………………117
圖5.3-4 13個空氣品質監測站臭氧之因素分析結果(春季) ………………124
圖5.3-5 13個空氣品質監測站臭氧之因素分析結果(夏季) ………………124
圖5.3-6 13個空氣品質監測站臭氧之因素分析結果(秋季) ………………125
圖5.3-7 13個空氣品質監測站臭氧之因素分析結果(冬季) ………………125
圖5.4-1 2001年10月事件日空品資料變化圖 ………………………………128
圖5.4-2 海燕颱風侵台路徑圖 ………………………………………………128
圖5.4-3 台東測站臭氧濃度指標(PSI大於50)站日數逐月分析圖 ……140
圖5.4-4 花蓮測站臭氧濃度指標(PSI大於50)站日數逐月分析圖 ……140
圖5.4-5 台東測站臭氧月平均濃度分析圖 …………………………………142

附表目錄
附表A 台東縣89年各污染源排放量大類總表 ……………………………A-1
附表B 環保署空氣品質監測站網測站資料一覽表 …………………………B-1

附圖目錄
附圖C.1-1 陽明站O3 P-Value檢定圖 ……………………………………C-1
附圖C.1-2 萬里站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-1
附圖C.1-3 觀音站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-2
附圖C.1-4 三義站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-2
附圖C.1-5 橋頭站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-3
附圖C.1-6 林園站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-3
附圖C.1-7 大寮站O3 P-Value檢定圖 ……………………………………… C-4
附圖C.1-8 屏東站O3 P-Value檢定圖 ……………………………………… C-4
附圖C.1-9 潮州站O3 P-Value檢定圖 ……………………………………… C-5
附圖C.1-10 恆春站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-5
附圖C.1-11 宜蘭站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-6
附圖C.1-12 花蓮站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-6
附圖C.1-13 台東站O3 P-Value檢定圖 ………………………………………C-7
附圖C.2-1 萬里站NMHC P-Value檢定圖 …………………………………C-7
附圖C.2-2 觀音站NMHC P-Value檢定圖 …………………………………C-8
附圖C.2-3 三義站NMHC P-Value檢定圖 …………………………………C-8
附圖C.2-4 橋頭站NMHC P-Value檢定圖 …………………………………C-9
附圖C.2-5 林園站NMHC P-Value檢定圖 …………………………………C-9
附圖C.2-6 屏東站NMHC P-Value檢定圖 …………………………………C-10
附圖C.2-7 花蓮站NMHC P-Value檢定圖 …………………………………C-10
附圖C.2-8 台東站NMHC P-Value檢定圖 …………………………………C-11
附圖C.3-1 陽明站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-11
附圖C.3-2 萬里站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-12
附圖C.3-3 觀音站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-12
附圖C.3-4 三義站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-13
附圖C.3-5 橋頭站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-13
附圖C.3-6 林園站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-14
附圖C.3-7 大寮站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-14
附圖C.3-8 屏東站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-15
附圖C.3-9 潮州站NO P-Value檢定圖 ……………………………………C-15
附圖C.3-10 恆春站NO P-Value檢定圖 …………………………………C-16
附圖C.3-11 宜蘭站NO P-Value檢定圖 …………………………………C-16
附圖C.3-12 花蓮站NO P-Value檢定圖 …………………………………C-17
附圖C.3-13 台東站NO P-Value檢定圖 …………………………………C-17
附圖C.4-1 陽明站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-18
附圖C.4-2 萬里站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-18
附圖C.4-3 觀音站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-19
附圖C.4-4 三義站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-19
附圖C.4-5 橋頭站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-20
附圖C.4-6 林園站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-20
附圖C.4-7 大寮站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-21
附圖C.4-8 屏東站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-21
附圖C.4-9 潮州站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-22
附圖C.4-10 恆春站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-22
附圖C.4-11 宜蘭站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-23
附圖C.4-12 花蓮站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-23
附圖C.4-13 台東站NO2 P-Value檢定圖 …………………………………C-24
附圖C.5-1 陽明站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-24
附圖C.5-2 萬里站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-25
附圖C.5-3 觀音站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-25
附圖C.5-4 三義站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-26
附圖C.5-5 橋頭站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-26
附圖C.5-6 林園站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-27
附圖C.5-7 大寮站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-27
附圖C.5-8 屏東站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-28
附圖C.5-9 潮州站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-28
附圖C.5-10 恆春站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-29
附圖C.5-11 宜蘭站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-29
附圖C.5-12 花蓮站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-30
附圖C.5-13 台東站NOx P-Value檢定圖 …………………………………C-30
附圖C.6-1 陽明站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-31
附圖C.6-2 萬里站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-31
附圖C.6-3 觀音站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-32
附圖C.6-4 三義站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-32
附圖C.6-5 橋頭站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-33
附圖C.6-6 林園站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-33
附圖C.6-7 大寮站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-34
附圖C.6-8 屏東站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-34
附圖C.6-9 潮州站CO P-Value檢定圖 ……………………………………C-35
附圖C.6-10 恆春站CO P-Value檢定圖 …………………………………C-35
附圖C.6-11 宜蘭站CO P-Value檢定圖 …………………………………C-36
附圖C.6-12 花蓮站CO P-Value檢定圖 …………………………………C-36
附圖C.6-13 台東站CO P-Value檢定圖 …………………………………C-37
參考文獻 References
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