精細(xì)化預(yù)報(bào)的自動(dòng)檢驗(yàn)與技巧評(píng)分系統(tǒng)

符鳳平，吳哲紅，高如玉

(貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000)

精細(xì)化預(yù)報(bào)的自動(dòng)檢驗(yàn)與技巧評(píng)分系統(tǒng)

符鳳平，吳哲紅，高如玉

(貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000)

基于局域網(wǎng)和省—地氣象光纖通信網(wǎng)，使用SQL Server數(shù)據(jù)庫和相關(guān)編程技術(shù)，以08時(shí)次精細(xì)化預(yù)報(bào)為例，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)本地預(yù)報(bào)和中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)的自動(dòng)檢驗(yàn)與技巧評(píng)分。系統(tǒng)由后臺(tái)和前臺(tái)兩部分程序組成，后臺(tái)程序基于C/S方式，分別實(shí)現(xiàn)本地預(yù)報(bào)、中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)、本地天氣實(shí)況的自動(dòng)入庫與補(bǔ)調(diào)。前臺(tái)程序基于B/S方式，實(shí)現(xiàn)本地預(yù)報(bào)、中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)、本地天氣實(shí)況、檢驗(yàn)結(jié)果與技巧評(píng)分等信息的顯示與查詢、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與輸出功能。系統(tǒng)自投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，較大地滿足了天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和管理需求，對(duì)于提高精細(xì)化預(yù)報(bào)質(zhì)量具有一定的積極意義。

精細(xì)化預(yù)報(bào)；自動(dòng)檢驗(yàn)；技巧評(píng)分

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)天氣預(yù)報(bào)的精細(xì)化程度需求愈來愈高。由于以往獲取氣象資料的途徑有限，在精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量方面，本地預(yù)報(bào)質(zhì)量考核一直參考中國氣象局和貴州省氣象局的檢驗(yàn)評(píng)分結(jié)果，當(dāng)檢驗(yàn)評(píng)分成績(jī)不理想時(shí)，難以查明導(dǎo)致預(yù)報(bào)質(zhì)量不高的真正原因，難以對(duì)每個(gè)預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)質(zhì)量進(jìn)行較為詳細(xì)的檢驗(yàn)與評(píng)分。為了充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源以及實(shí)時(shí)獲取的地面氣象自動(dòng)站資料，進(jìn)一步提高本地精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量，提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，及時(shí)掌握值班預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)精細(xì)化預(yù)報(bào)的自動(dòng)檢驗(yàn)與評(píng)分，已成為天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)與管理方面的迫切需求。程序設(shè)計(jì)采用C/S和B/S兩種軟件體系結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)精細(xì)化預(yù)報(bào)的自動(dòng)檢驗(yàn)與技巧評(píng)分。由于面向用戶的前端程序采取B/S工作模式，維護(hù)與操作較為簡(jiǎn)便，適合使用對(duì)象較廣，對(duì)于進(jìn)一步提高天氣預(yù)報(bào)質(zhì)量和預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，具有一定的積極意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)方法

基于省—地—縣氣象光纖通信網(wǎng)和局域網(wǎng)，以Windows 7操作系統(tǒng)為開發(fā)平臺(tái)，采用C/S和B/S兩種方式，由后臺(tái)和前臺(tái)兩部分程序組成。后臺(tái)程序基于C/S工作模式，使用VB編程語言和SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)本地精細(xì)化預(yù)報(bào)、中央氣象臺(tái)精細(xì)化預(yù)報(bào)與天氣實(shí)況的自動(dòng)入庫與補(bǔ)調(diào)。前臺(tái)程序基于B/S工作模式，使用ASP開發(fā)環(huán)境、JavaScript腳本語言、SQL Server數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果的顯示與查詢、統(tǒng)計(jì)與輸出等功能。

2.2 主要結(jié)構(gòu)

分為后臺(tái)和前臺(tái)兩部分，后臺(tái)模塊主要實(shí)現(xiàn)本地預(yù)報(bào)、中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況等資料的自動(dòng)入庫。前臺(tái)模塊主要實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果的顯示與查詢、統(tǒng)計(jì)與報(bào)表輸出等功能。系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)見圖1，其中“天氣現(xiàn)象”部分主要實(shí)現(xiàn)前后12 h本地預(yù)報(bào)、中央臺(tái)預(yù)報(bào)、降水實(shí)況、本地預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(Ts)、中央臺(tái)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(Ts)等檢驗(yàn)對(duì)比結(jié)果的顯示與查詢。

2.3 主要實(shí)現(xiàn)功能

2.3.1 后臺(tái)入庫 后臺(tái)入庫程序主要實(shí)現(xiàn)各時(shí)次精細(xì)化預(yù)報(bào)(含本地預(yù)報(bào)和中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào))、本地實(shí)況等資料的自動(dòng)入庫與補(bǔ)調(diào)，入庫要素包含最高氣溫、最低氣溫、前后12 h天氣現(xiàn)象、中央氣象臺(tái)24 h降水預(yù)報(bào)以及本地24 h降水實(shí)況等。

2.3.2 前端Web應(yīng)用 此部分主要實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果的Web顯示與查詢、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與Excel報(bào)表輸出等功能，檢驗(yàn)評(píng)分對(duì)象為最高氣溫、最低氣溫、天氣現(xiàn)象。檢驗(yàn)評(píng)分結(jié)果的計(jì)算主要依據(jù)“貴州省氣象局關(guān)于精細(xì)化預(yù)報(bào)質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)分的規(guī)定”，生成結(jié)果按時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)信息可直接導(dǎo)入Excel報(bào)表文件，表中主要包含本地預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差、中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差、單站技巧評(píng)分值和綜合技巧評(píng)分值(簡(jiǎn)稱SST)等結(jié)果。

圖1 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

3 實(shí)現(xiàn)方法

3.1 后臺(tái)入庫

3.1.1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)描述 采取SQL Server數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫命名為as_aws，表名為jxyb，一共包含16個(gè)字段，其結(jié)構(gòu)見表1。

3.1.2 主要流程 入庫程序的設(shè)計(jì)主要基于省地氣象光纖通信網(wǎng)和局域網(wǎng)，使用ADODC控件鏈接SQL Server數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)本地預(yù)報(bào)、中央臺(tái)預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況等資料的自動(dòng)入庫，入庫要素包含最高氣溫、最低氣溫、前后12 h的天氣現(xiàn)象等。其主要流程見圖2。

表1 jxyb表結(jié)構(gòu)

圖2 數(shù)據(jù)入庫流程

3.1.3 預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)入庫 本地預(yù)報(bào)和中央臺(tái)預(yù)報(bào)入庫數(shù)據(jù)分別來源于本地業(yè)務(wù)機(jī)和省級(jí)服務(wù)器。本地預(yù)報(bào)文件名為Z_SEVP_C_BFAN_YYYYMMDDhhmmss_P_RFFC-SPCC-YYYYMMDDhhmm-FFFxx.TXT，中央臺(tái)預(yù)報(bào)文件名為YYYYMMDDHH.bgy。根據(jù)“全國城市精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品文件格式”規(guī)定，每站24 h預(yù)報(bào)結(jié)果中第11、12組數(shù)據(jù)，即為最高氣溫、最低氣溫，每站12 h、24 h的預(yù)報(bào)結(jié)果中第19組數(shù)據(jù)，即為前后12 h天氣現(xiàn)象。

3.1.4 天氣實(shí)況入庫 后臺(tái)程序通過讀取存放在省級(jí)服務(wù)器上的長Z文件，自動(dòng)獲取08時(shí)、20時(shí)天氣實(shí)況。從08時(shí)實(shí)況中讀出24 h最高最低氣溫、24 h降水、后12 h降水量等資料，從20時(shí)實(shí)況中讀出前12 h降水量，然后將獲取的各要素值寫入SQL Server數(shù)據(jù)庫。

3.2 前端Web應(yīng)用

3.2.1 檢驗(yàn)結(jié)果的顯示

①最高氣溫、最低氣溫

從數(shù)據(jù)庫中讀取預(yù)報(bào)與實(shí)況的最新記錄日期，將此作為參數(shù)，分別計(jì)算出前1 d和后1 d的具體日期，然后使用參數(shù)傳遞命令Request.QueryString即可獲取前后日期，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化預(yù)報(bào)、天氣實(shí)況及檢驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)瀏覽。為了簡(jiǎn)略程序代碼，主頁顯示、前后天數(shù)的調(diào)用等3個(gè)ASP文件中的顯示均使用“#include file”語句調(diào)用同一個(gè)文件[1]。如最高氣溫的檢驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 最高氣溫檢驗(yàn)結(jié)果

本地預(yù)報(bào)、中央臺(tái)預(yù)報(bào)、當(dāng)日實(shí)況的Web顯示與處理方法相同，在讀取資料入庫或進(jìn)行Web網(wǎng)頁顯示前，需要進(jìn)行一定的格式轉(zhuǎn)換。為避免在數(shù)值換算或格式轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)問題，入庫前首先使用Isnumeric函數(shù)對(duì)其類型是否為數(shù)值進(jìn)行判斷，然后在Web網(wǎng)頁顯示前使用Formatnumber函數(shù)進(jìn)行格式輸出。進(jìn)行顯示前，首先判斷檢索數(shù)據(jù)庫得出的結(jié)果是否為數(shù)值，若為數(shù)值，則將讀出的數(shù)據(jù)使用Formatnumber((rs1.Fields.Item("Tmax_本地預(yù)報(bào)").Value)，1，-1)命令進(jìn)行格式輸出，否則將該值直接顯示。

本地預(yù)報(bào)誤差和中央臺(tái)預(yù)報(bào)誤差的顯示與處理方法也一樣。如計(jì)算本地最高氣溫誤差時(shí)，首先判斷本地最高氣溫值和當(dāng)日最高氣溫實(shí)況值是否均為數(shù)值，若均為數(shù)值，則使用Formatnumber((Y_bd*10-Y_sk*10)*0.1，1，-1)命令進(jìn)行格式輸出，否則將本地誤差使用字符串“////”直接顯示。計(jì)算對(duì)比結(jié)果時(shí)，首先判斷本地誤差和中央臺(tái)誤差否均為數(shù)值，若均為數(shù)值，則使用Formatnumber((ABS(bdwc)*10-ABS(zywc)*10)*0.1，1，-1)命令進(jìn)行格式輸出，否則將對(duì)比結(jié)果使用字符串“////”直接顯示。

為了更直觀地掌握本地和中央臺(tái)的預(yù)報(bào)情況，對(duì)計(jì)算出來的本地誤差、中央臺(tái)誤差、對(duì)比結(jié)果，根據(jù)其值使用不同顏色標(biāo)注顯示。對(duì)于本地和中央臺(tái)預(yù)報(bào)誤差，根據(jù)其絕對(duì)值是否≤2，使用不同顏色標(biāo)注顯示。若≤2，則用綠顏色標(biāo)注顯示，若>2，用紅顏色標(biāo)注顯示。而對(duì)于本地和中央臺(tái)的預(yù)報(bào)對(duì)比結(jié)果，在對(duì)比結(jié)果計(jì)算出來后，根據(jù)其絕對(duì)值是否≤0，若≤0，則用綠顏色標(biāo)注顯示，若>0，用紅顏色標(biāo)注顯示。

②天氣現(xiàn)象

主要顯示中央臺(tái)24 h預(yù)報(bào)和降水實(shí)況，以及前后12 h的本地預(yù)報(bào)、中央臺(tái)預(yù)報(bào)、降水實(shí)況以及預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(Ts)。與最高最低氣溫的檢驗(yàn)結(jié)果顯示一樣，需事先從數(shù)據(jù)庫中讀取最新記錄日期，將此作為參數(shù)，分別計(jì)算出前1 d和后1 d的具體日期，然后使用參數(shù)傳遞命令Request.QueryString即可獲取前后日期，實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣現(xiàn)象的自動(dòng)瀏覽。其顯示界面見圖4。

圖4 天氣現(xiàn)象檢驗(yàn)結(jié)果

本地預(yù)報(bào)和中央臺(tái)預(yù)報(bào)的結(jié)果顯示均已從預(yù)報(bào)代碼轉(zhuǎn)換為中文形式，如預(yù)報(bào)代碼為2，則結(jié)果顯示為“陰天”。預(yù)報(bào)Ts結(jié)果參考的計(jì)算規(guī)則為：首先判斷預(yù)報(bào)是否有雨(即判斷預(yù)報(bào)代碼是否>2，>2則代表預(yù)報(bào)有雨)，若有雨，再判斷降水實(shí)況。若實(shí)況有雨，則Ts為100，否則Ts為0。若預(yù)報(bào)無雨，實(shí)況有雨，則Ts為0，否則為100。

3.2.2 檢驗(yàn)結(jié)果的查詢 在顯示界面的下方(見圖4)嵌入文本域、列表2個(gè)控件，文本域控件實(shí)現(xiàn)日期選擇，列表控件主要實(shí)現(xiàn)日期選擇。同時(shí)，將2個(gè)控件加入1個(gè)表單中，表單提交使用post方式，使用Request.Form命令分別獲取表單中的控件值，如獲取日期使用命令Request.Form("select_date")，其中select_date為日期控件名稱。然后，使用Dateserial函數(shù)對(duì)獲取的日期文本域表單值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即可取得具體的日期。獲取到具體日期后，即可從數(shù)據(jù)庫中查詢到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

3.2.3 統(tǒng)計(jì)與報(bào)表輸出 主要實(shí)現(xiàn)最高、最低氣溫檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的自動(dòng)輸出，可選擇單站或所有站，輸出格式為Excel文件類型，對(duì)話框提示是否保存或是否打開。寫入Excel文件前，首先定義好表格格式，再先后寫入需要輸出的結(jié)果名稱和對(duì)應(yīng)值。表格格式主要作以下定義：定義頁面使用字符集為國標(biāo)漢字碼gb2312，網(wǎng)頁輸出類型為Excel表格，輸出的Excel表格文件名，Excel表格的單元格類型為文本。

向Excel單元格填入檢驗(yàn)結(jié)果時(shí)，對(duì)于不需作格式轉(zhuǎn)換的字段，直接將計(jì)算結(jié)果填入Excel單元格。需作格式轉(zhuǎn)換的字段，分別使用Isnumeric函數(shù)和formatnumber函數(shù)判斷其內(nèi)容類型和格式化計(jì)算輸出。輸出內(nèi)容主要包含：本地平均絕對(duì)誤差、中央臺(tái)平均絕對(duì)誤差、技巧評(píng)分以及綜合技巧評(píng)分值。平均絕對(duì)誤差的計(jì)算，是首先將每天的誤差(如本地預(yù)報(bào)誤差)取絕對(duì)值，然后對(duì)統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)每天的絕對(duì)誤差進(jìn)行平均。輸出的Excel文件內(nèi)容見圖5。

圖5 最高氣溫檢驗(yàn)結(jié)果

技巧評(píng)分結(jié)果的計(jì)算，主要參考《貴州省短期天氣指導(dǎo)預(yù)報(bào)及市級(jí)技巧評(píng)分方案》，根據(jù)此方案，最高(最低)溫度預(yù)報(bào)技巧評(píng)分參考公式為：

其中，SST為最高(最低)溫度預(yù)報(bào)技巧評(píng)分，TMAEN為中央氣象臺(tái)指導(dǎo)預(yù)報(bào)最高(最低)溫度預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差，TMAEF為市(州)氣象臺(tái)分縣城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)最高(最低)溫度預(yù)報(bào)平均絕對(duì)誤差。

綜合技巧評(píng)分的計(jì)算與單站技巧評(píng)分計(jì)算方法一樣，首先計(jì)算統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)所有站的本地預(yù)報(bào)和中央臺(tái)的平均絕對(duì)誤差，然后利用技巧評(píng)分公式即算出其值。部分關(guān)鍵代碼如下[2]：

’計(jì)算每日本地絕對(duì)誤差

if isnumeric(Y_bd)=true and isnumeric(Y_sk)=true then

bdwc=formatnumber((Y_bd*10-Y_sk*10)*0.1，2，-1)

bdwc1=bdwc1+ABS(bdwc)

Y_bds=Y_bds+1

…

’計(jì)算統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的本地絕對(duì)誤差

if isnumeric(bdwc1)=true and Y_bds<>0 then

bdwc1=formatnumber(Round(bdwc1/Y_bds，2)，2，-1)

…

’計(jì)算每站統(tǒng)計(jì)時(shí)段的技巧評(píng)分值

if isnumeric(bdwc1)=true and isnumeric(zywc1)=true then

jqpf=formatnumber(Round((zywc1-bdwc1)/zywc1，2)，2，-1)

…

’計(jì)算綜合技巧評(píng)分值

bdwc2=bdwc2+bdwc1

zywc2=zywc2+zywc1

…

bdwc2=bdwc2/Y_bdz

zywc2=zywc2/Y_bdz

jg0=formatnumber(Round((zywc2-bdwc2)/zywc2，2)，2，-1)

response.Write(""&VBCRLF)

…

4 業(yè)務(wù)應(yīng)用情況

自系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)應(yīng)用以來，運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，尤其在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)方面發(fā)揮了重要作用，為2014年安順市精細(xì)化城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)質(zhì)量取得貴州省第3名好成績(jī)提供了可靠的技術(shù)支撐。系統(tǒng)可以進(jìn)行精細(xì)化城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)中晴雨預(yù)報(bào)、最低最高氣溫的正確率檢驗(yàn)，以及與上級(jí)預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品比較和評(píng)定技巧評(píng)分，值班預(yù)報(bào)員可及時(shí)了解自己的預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確率，還可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)輸出，既有利于預(yù)報(bào)員對(duì)自己的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行比較檢驗(yàn)，在某一段時(shí)間如果某項(xiàng)質(zhì)量偏低時(shí)可以起到提醒和警示作用，還可用于與全省其它地區(qū)的預(yù)報(bào)情況進(jìn)行比較，便于業(yè)務(wù)管理人員及時(shí)了解預(yù)報(bào)情況，對(duì)提高精細(xì)化預(yù)報(bào)質(zhì)量起到有效的促進(jìn)作用。

5 結(jié)語

組成系統(tǒng)的各部分程序均為自動(dòng)運(yùn)行，后臺(tái)入庫程序設(shè)置為每天固定時(shí)間運(yùn)行，自動(dòng)讀取本地和中央臺(tái)預(yù)報(bào)相關(guān)要素的預(yù)報(bào)結(jié)果、天氣實(shí)況等，實(shí)時(shí)寫入數(shù)據(jù)庫。前臺(tái)程序自動(dòng)生成相應(yīng)的誤差值，并將誤差值進(jìn)行對(duì)比后顯示在客戶端，其運(yùn)行結(jié)果經(jīng)多次對(duì)比檢驗(yàn)分析，未發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤。

系統(tǒng)根據(jù)中國氣象局對(duì)精細(xì)化城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)質(zhì)量的檢驗(yàn)要求而設(shè)計(jì)，充分利用地面氣象自動(dòng)站資料，基于C/S和B/S兩種工作模式，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化預(yù)報(bào)與天氣實(shí)況的后臺(tái)自動(dòng)入庫，以及基于Web方式下預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果的顯示與查詢、統(tǒng)計(jì)與輸出等功能。通過使用此方式，可及時(shí)掌握值班預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)質(zhì)量，并與中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)情況進(jìn)行對(duì)比，找出自己的預(yù)報(bào)質(zhì)量差距。自投入業(yè)務(wù)應(yīng)用以來，各部分程序均運(yùn)行正常，并已成為安順市一個(gè)實(shí)用的精細(xì)化城鎮(zhèn)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)手段。

[1] 符鳳平，吳哲紅，褚麗君，等.基于WEB方式的地面自動(dòng)站逐時(shí)氣象要素共享平臺(tái)[J].貴州氣象，2012，36(6)：50-53.

[2] 羅銳韌.ASP網(wǎng)頁程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

Automatic Inspection and Techniques Scoring System for Precise Forecast

FU Fengping，WU Zhehong，GAO Ruyu

(Anshun Meteorological Bureau，Anshun 561000)

The system was developed based on the LAN and the meteorological optical fiber communication network，using SQL Server database and related programming technology，taking fine weather forecast of 8 am for an example，respectively realizing the automatic test and skill score for local weather forecast and the weather forecast from Central Meteorological Station.The system is composed of two parts of the background program and the foreground program，the background program was based on C/S working mode，respectively realizing storage and adjustment automatically for local weather forecast，the weather forecast from Central Meteorological Station，local weather condition.The foreground program was based on B/S working mode，respectively realizing the function of display and query，automatic statistics and output for local weather forecast，the weather forecast from Central Meteorological Station，local weather condition，test result，skill score and other information.Since the system has been put into the weather forecast operation，the weather forecast operation and the demand of management had been met large，also had positive significance for improving the precision of fine weather forecast.

Fine Weather Forecast；Automatic Test；Skill Score

2014-08-08

符鳳平(1969—)，女，高工，主要從事網(wǎng)絡(luò)維護(hù)及開發(fā)工作。

1003-6598(2015)05-0014-05

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