Dispensa n.5
(METAR, psicrometro, questionario)
Sommario:
Nella presente dispensa, dopo aver richiamato le
caratteristiche fondamentali di una buona capannina meteorologica, accenneremo
brevemente alle caratteristiche strutturali di un servizio meteorologico. Quindi
daremo un'occhiata al messaggio meteorologico in codice denominato METAR, con
particolare attenzione alla parte dello stesso che è riferita alle temperature.
Parleremo poi degli strumenti che vanno posti in capannina e, tra questi, dello
psicrometro. Infine un questionario chiuderà le tre dispense dedicate alla
temperatura dell'aria e ai modi di misurarla.
Nella scorsa lezione abbiamo visto quali caratteristiche deve
possedere una capannina meteorologica.
Abbiamo detto che:
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deve essere di legno
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con le pareti scandite da fessure per garantire la libera
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circolazione dell'aria
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verniciata di bianco per riflettere i raggi solari
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orientata con l'apertura verso nord
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posta a circa due metri dal suolo al di sopra di una
superficie erbosa.
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Tutte questi accorgimenti vengono adottati al solo scopo di
ottenere una misurazione della temperatura dell'aria obiettiva e
attendibile.
Adesso faremo un breve cenno ad un messaggio meteorologico di
tipo aeronautico, detto anche impropriamente bollettino meteo. Il
suo nome è METAR. Il METAR
(METeorological Report) è un messaggio di osservazione
meteorologica.
Tutte le organizzazioni meteorologiche sono organizzate in due
grosse branche: la parte osservazioni e la parte previsioni. Le
osservazioni vengono effettuate presso le stazioni
meteorologiche. Nell'Aeronautica Militare Italiana, il compito di
osservatore viene affidato a personale specializzato del ruolo
dei sottufficiali. Le previsioni vengono invece affidate agli
ufficiali geofisici che hanno il loro posto di lavoro negli
uffici meteorologici.
Il METAR viene emesso ogni 30 minuti oppure ogni ora. Questo
dipende dal tipo di servizio effettuato dalla stazione
meteorologica. Ad esempio, le stazioni meteorologiche ubicate
negli aeroporti civili, ovvero in quelli militari aperti al
traffico civile, le osservazioni regolari vengono effettuate ogni
30 minuti, con conseguente emissione del messaggio METAR.
In Puglia, LIBD (l'aeroporto di Bari-Palese) emette un METAR
ogni 30 minuti, come LIBR (Brindisi-Casale).
LIBV (Gioia del Colle,BA), LIBH (Marina di Ginosa, TA), LIBG
(Grottaglie,TA), LIBY (Santa Maria di Leuca,LE), LIBA
(Amendola,FG), LIBE (Monte Sant'Angelo, sul Gargano) emettono un
messaggio METAR ogni ora.
Adesso esamineremo un METAR, per individuare la parte relativa
alle temperature. Di volta in volta, man mano che andremo avanti
con gli studi, completeremo la decodifica degli altri elementi
riportati sul METAR, in modo che alla fine questo messaggio
aeronautico non avrà più misteri per noi. Per il momento ci
accontenteremo di farvi solo un cenno fugace.
Il METAR si apre con il nominativo OACI della località che lo
ha emesso:
LIBD ... (stazione meteorologica di Bari-Palese)
L'OACI ha suddiviso il mondo in
regioni, attribuendo ad ogni regione (che quindi comprende più
nazioni) una lettera dell'alfabeto: L di LIBD indica che la
stazione si trova in Europa, I ci dice che è in Italia, B che è
ubicata nel meridione della penisola (l'area della FIR di
Brindisi), D che si tratta proprio di Bari-Palese.
Ritornando al messaggio, dopo l'indicativo OACI, troveremo il
giorno di emissione in due cifre, seguito dall'orario in cui
l'osservazione meteo è stata effettuata:
LIBD 051145 (emesso il giorno 5,
relativamente all'osservazione delle 1145Z).
Il gruppo che contiene giorno e ora viene chiamato gruppo
data-orario.
Il gruppo successivo esprime direzione ed intensità del
vento:
LIBD 01145Z 30015KT ...
le prime tre cifre (300), indicano la direzione di provenienza
del vento, le seconde due cifre esprimono l'intensità media del
vento (15). Chiude il gruppo l'indicazione dell'unità di misura
adottata, ovvero i nodi (KT, abbreviazione di knots=nodi).
Dopo il gruppo del vento, troviamo la visibilità orizzontale,
espresso in metri:
LIBD 051145 30015KT 9999 ...
I quattro 9 si utilizzano quando la visibilità è superiore
ai 10 km.
Segue l'indicazione dei fenomeni, qualora ve ne siano stati al
momento dell'osservazione. Si utilizza un codice formato da due
lettere. Se ad esempio si è verificata una debole
precipitazione, l'osservatore cifrerà il fenomeno con RA
(rain=pioggia), preceduto dal segno meno per indicare che si
tratta di una precipitazione a carattere debole:
LIBD 051145 30015KT 9999 -RA ...
Seguono il fenomeno i gruppi delle nubi, che esprimono
quantità ed altezza della base delle nubi in centinaia di piedi:
LIBD 051145 30015KT 9999 -RA
SCT020 ...
Le lettere SCT indicano la quantità, in ottavi, di nubi che
coprono il cielo e che hanno la base a 2000 piedi (020=20
centinaia = 2000). In questo messaggio non si fa menzione al tipo
di nubi.
Il codice utilizzato per la quantità fa riferimento ad
abbreviazioni di tipo aeronautico, e precisamente:
SKC = sky clear = cielo sereno = 0 ottavi
FEW = poco nuvoloso = 1 o 2 ottavi
SCT = scattered = da poco nuvoloso a nuvoloso = 3 o 4 ottavi
BKN = broken = molto nuvoloso = 5,6 o 7 ottavi
OVC = overcast = coperto = 8 ottavi.
Espresse le nubi presenti sul cielo osservabile dalla
stazione, si arriva finalmente al gruppo delle temperature:
LIBD 051145 30015KT 9999 -RA
SCT020 19/18 ...
Le temperature sono indicate in gradi centigradi. Le prime due
cifre del gruppo 19/18 indicano la temperatura dell'aria: 19
gradi. La seconda temperatura riportata, 18 gradi, esprime la
temperatura di rugiada (dew point).
Il METAR viene completato con il QNH e altri gruppi di minore
importanza.
Come avete notato, la lettura delle temperature si ottiene
agevolmente: basta aggiungerci i gradi.
Abbiamo fatto cenno alla temperatura di rugiada. Cosa
significa ?
La temperatura del punto di rugiada esprime il valore di
temperatura a cui la massa d'aria esaminata deve scendere affinché tutta l'acqua contenuta allo stato gassoso (il vapore
acqueo) raggiunga la saturazione (ovvero il 100% di umidità
relativa).
Al di là della definizione, cerchiamo di capire in cosa
consiste la temperatura di rugiada.
Assumiamo che l'aria che stiamo esaminando faccia parte di una
ben distinta porzione di aria nello spazio. All'interno di questa
porzione, che volendo possiamo raffigurare come un cubo, poniamo
la nostra capannina meteorologica.
Procedendo ad una misurazione di umidità relativa, ricaviamo,
per esempio, un valore pari all'80 %, mentre la temperatura
effettiva dell'aria ammonta a 19 gradi.
Rinfreschiamo il concetto di umidità relativa: esprime il
rapporto in percentuale tra la quantità reale di vapor acqueo
contenuto nell'aria e la quantità massima di vapor acqueo che
l'aria potrebbe contenere, ad una data temperatura.
Quindi l'umidità relativa ci dice quanto vapor acqueo
contiene l'aria rispetto alla sua capacità massima di
contenerne.
Un valore pari all'80%, quindi, significa che l'aria in quel
momento possiede l'80% del vapor acqueo che sarebbe in grado di
contenere. Si dice che l'aria non è satura di vapor acqueo.
Cosa si intende per saturazione?
Sta a indicare un'umidità relativa del 100%, ovvero che
l'aria contiene tutta l'acqua che, con la temperatura che in quel
momento possiede, le è consentito avere allo stato gassoso.
Esempio:
la temperatura dell'aria è di
20
gradi. La quantità massima di vapor acqueo che a questa
temperatura essa potrebbe contenere, è di circa 17,3 grammi per
metro cubo. In realtà in questo momento nell'aria vi sono
soltanto 10 grammi d'acqua gassosa per metro cubo. La prima
considerazione è che vi è meno acqua di quella che potrebbe
contenere (10 g rispetto a 17,3 g), e che perciò l'aria è
insatura. Volendo esprimere il tutto con un valore percentuale,
dobbiamo moltiplicare 10 per 100, e dividere il prodotto ottenuto
per 17,3. Otteniamo in tal modo un valore di circa 60%, che
esprime per l'appunto il concetto di umidità relativa.
Quando l'umidità relativa è elevata, noi diciamo che l'aria
è umida, mentre quando è bassa, diciamo che l'aria è secca.
Un concetto fondamentale da tenere bene in mente è il
seguente:
la quantità di acqua allo stato gassoso
dipende dalla temperatura.
Più una massa d'aria è calda, più vapor acqueo vi sarà in essa .
Facciamo un esempio:
d'estate perché si parla di afa? Perché l'umidità relativa
raggiunge valori elevati. Non solo. Con le temperature elevate,
l'acqua contenuta nell'aria è notevole. Da cosa deriva la
sensazione di afa? Dall'incapacità di smaltire il calore
corporeo in eccesso, poiché il sudore non evapora.
Un'altra domanda per voi: perché il sudore non evapora?
Perché l'aria è satura di acqua, cioè contiene tutta l'acqua che a quella
determinata temperatura può trovarsi allo stato gassoso, e quindi
non permette al sudore di passare dallo stato liquido a quello
aeriforme.
Qual è l'importanza della sudorazione?
Ricordate sempre che i passaggi di stato richiedono sempre
variazioni di energia. La sudorazione è un meccanismo di difesa
del corpo umano contro l'eccessivo rialzo della temperatura
corporea: si chiama meccanismo di termoregolazione. Il passaggio
dallo stato liquido a quello gassoso avviene con una spesa di
energia. Il sudore, evaporando, sottrae calore all'epidermide,
determinandone perciò il raffreddamento e l'abbassamento della
temperatura corporea.
Ma, come abbiamo visto, se l'aria è satura, il sudore non
potrà evaporare, e si genererà quella sensazione di disagio dovuto al caldo
opprimente e umido che noi definiamo afa.
Ritornando alla nostra massa d'aria a 20 gradi. Essa può
contenere al massimo 17,3 grammi d'acqua. Abbiamo visto che in
realtà, al momento della misurazione, ne contiene soltanto 10.
Quindi è insatura, e la sua umidità relativa è circa del
60%. Se la temperatura dell'aria comincia a calare, il contenuto
d'acqua resta sostanzialmente lo stesso. Pertanto, l'umidità
relativa tenderà ad aumentare. A 10 gradi, l'aria può contenere
al massimo 9,4 grammi d'acqua. Cosa accadrà?
Che più la temperatura si avvicinerà a 10 gradi, più la sua
umidità relativa aumenterà, fino a raggiungere il 100%.
Raggiunta la saturazione, l'acqua in eccesso comincerà a
condensare, ovvero passerà da gassosa a liquida.
Con gli strumenti concettuali che ci siamo dotati, possiamo
ora comprendere meglio il significato di temperatura del punto di
rugiada: essa rappresenta la temperatura a cui devo portare una
determinata massa d'aria con un dato contenuto di acqua affinché si raggiunga la saturazione, ovvero il 100% di umidità relativa.
Riprendendo il nostro esempio, la temperatura di rugiada della
massa d'aria che a 20 gradi contiene 10 grammi d'acqua, sarà
all'incirca 11 gradi.
Se la stessa aria avesse contenuto 4,8 grammi d'acqua, la sua
temperatura da 20 gradi doveva scendere fino a 0 gradi per
raggiungere la saturazione. Su un METAR, avremmo quindi trovato
questa cifratura: 20/00 (20=temperatura effettiva dell'aria,
00=temperatura di rugiada).
Possiamo pertanto dire che: minore è il contenuto in grammi
di vapor acqueo, più bassa sarà la temperatura di rugiada.
Se sul METAR viene riportato 19/19, cosa potremmo dedurne?
Che l'umidità relativa è pari al 100%, poiché la
temperatura che l'aria possiede al momento dell'osservazione
corrisponde esattamente alla temperatura di rugiada, ovvero
l'aria contiene già tutta l'acqua possibile.
Può la temperatura di rugiada essere superiore a quella
effettiva?
Mai. Al massimo le due temperature possono corrispondere. Non
troveremo mai sul METAR indicazioni del tipo 18/19. Qualora così
fosse, ci troveremmo di fronte ad un errore evidente.
Facciamo qualche altro esempio.
Se le due temperature sono 19 con 01 (19/01), l'aria potrò
considerarla umida o secca?
L'ampia differenza tra le due temperature ci dice che l'aria,
per portare a condensazione il suo vapor acqueo, dovrà scendere
fino ad 1 grado. Pertanto l'aria in esame potrà definirsi molto
secca.
La temperatura del punto di rugiada, oltre a fornirci il
valore di una importante caratteristica dell'aria, possiede un
elevato valore prognostico, in quanto mi fornisce utili
indicazioni sulla possibilità che si formino foschie più o meno
dense e banchi di nebbia.
La nebbia è una nube formatasi al suolo a seguito della
condensazione del vapor acqueo. Con la saturazione, il vapor
acqueo in eccesso si è condensato, dando luogo alla formazione
di micro-goccioline d'acqua.
Vedete bene che l'esame delle due temperature mi suggerirà se
le condizioni sono favorevoli alla condensazione o meno. Un'aria
molto secca si presenterà sfavorevole alla formazione di nebbia,
mentre un'aria con elevata umidità relativa potrà facilmente
dar luogo, con il raffreddamento, a riduzioni della visibilità e
formazione di nebbia.
Facciamo un esempio pratico:
alle 14 le due temperature sono 19/18 (usiamo la simbologia
del METAR).
Prima considerazione: l'umidità relativa è molto elevata.
Seconda considerazione: se alle 14, orario in cui la
temperatura sta per raggiungere il suo massimo, l'umidità
relativa è molto elevata, alle 6, quando si raggiungono i minimi
di temperatura, la possibilità che la temperatura sia ben al di
sotto di 18 gradi è altissima. Perciò posso formulare la
previsione che prima dell'alba si potranno formare dei banchi di
nebbia, conseguenti alla condensazione di tutta l'acqua aeriforme
in eccesso.
Per misurare esattamente la temperatura a cui l'aria deve
calare per raggiungere la saturazione, si usano dei termometri
specifici.
Nelle precedenti lezioni abbiamo già avuto modo di
familiarizzare con i termometri a mercurio, ad alcool o lamina
bimetallica. E' giunto il momento di parlare di un altro
fondamentale strumento della meteorologia, che occupa un posto di
rilievo all'interno della capannina meteorologica.
Facciamo ora un breve cenno a quali strumenti sono solitamente
ospitati in capannina.
Normalmente in capannina trovano riparo tutti gli strumenti che devono
misurare valori caratteristici dell'aria. Vi troveremo pertanto:
| un termometro a mercurio (per misurare la temperatura
effettiva dell'aria)
|
| uno psicrometro (per misurare la temperatura di rugiada)
|
| un termometro detto a massima e a minima (per evidenziare
i valori estremi raggiunti dalla temperatura).
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|
 |
E' lo strumento con cui misuriamo la temperatura di rugiada.
E' composto di due termometri, uno detto a bulbo asciutto e
l'altro detto a bulbo bagnato (il bulbo è il rigonfiamento posto
nella parte inferiore del termometro, in cui è contenuto la
maggior parte del mercurio).
Il termometro a bulbo asciutto è un normale termometro.
Quello a bulbo bagnato, invece, è così definito perché il
bulbo è avvolto da una garzina. L'operazione di lettura della
temperatura di rugiada si chiama operazione psicrometrica
e consiste nelle seguenti azioni: l'osservatore inumidisce la
garzina con dell'acqua distillata (priva di impurità).
Attraverso una ventolina, azionata o da una molla o da un
motorino elettrico, viene forzata la ventilazione attorno al
bulbo bagnato. Lo scopo della ventilazione forzata consiste nel
sollecitare l'evaporazione dell'acqua di cui è imbevuta la
garzina.
L'acqua comincia ad evaporare fino a che l'evaporazione si
blocca. Rammentate quanto abbiamo detto sul meccanismo di
termoregolazione corporea? Bene. L'evaporazione comporta un
consumo di energia che in questo caso si compie a spese del
termometro, che pertanto si raffredderà: la colonnina di
mercurio comincia a scendere.
La temperatura calerà fintantoché vi sarà evaporazione.
A questo punto l'osservatore potrà leggere due valori di
temperatura: uno sul termometro "asciutto", e l'altro
sul termometro "bagnato". La temperatura di
quest'ultimo ci fornirà il valore del punto di rugiada.
Attraverso opportune tabelle, che vedremo nel corso delle
esercitazioni, chiunque può ricavarsi il valore dell'umidità
relativa partendo dalle due temperature.
Un metodo molto pratico quanto impreciso consiste nel
sottrarre tanti 5 da 100 per ogni grado di differenza tra le due
temperature.
Esempio: 19/18, corrisponde all'incirca al 95% di umidità
relativa. Come ho fatto?
19 - 18 = 1
1 x 5 = 5
100 - 5 = 95.
E' ovvio che l'uso di tale calcolo è da limitarsi a
valutazioni di massima, in quanto i calcoli precisi si ottengono
solo con l'operazione psicrometrica e l'uso delle tabelle.
Le figure "antiche" sono tratte da GANOT, - Trattato di
fisica, pubblicato nel 1868.
Il questionario che vi propongo di seguito, ha in parte l'obiettivo di
ampliare le nozioni già illustrate nelle dispense. Inoltre, il lettore noterà
che alcune risposte non sono state date: non tanto perché trattasi di enigmi
insoluti, quanto per stimolare colui che legge ad un proficuo lavoro di autonoma
ricerca.
domande
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risposte
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(1) Quali principi si sfruttano, in linea di massima, per la misurazione
della temperatura?
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Solitamente, si sfruttano i seguenti principi:
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Variazioni di volume subite da un gas, da un liquido o da un
metallo;
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Variazioni di resistenza elettrica rivelata da alcuni corpi
conduttori (ad es., i termistori);
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Trasformazioni dell'energia termica direttamente in energia
elettrica (pinze termoelettriche);
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Influenza della pressione atmosferica sulla temperatura di
ebollizione (ipsometri).
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(2) Perché si ricorre al mercurio come elemento termometrico?
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(3) Per quale motivo è praticato il vuoto al di sopra della colonna
di mercurio?
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(4) Come va eseguita l'osservazione della temperatura?
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Leggendo il valore della graduazione della scala in corrispondenza
dell'altezza del menisco del mercurio.
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(5) Quale accorgimento presentano i termometri a massima?
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Un primo tipo presenta una strozzatura tra il bulbo e la canna. A
causa di questa strozzatura quella parte di mercurio, che nella fase
di aumento della temperatura si è trasferita dal bulbo alla canna non
riesce più a rientrare nel bulbo quando la temperatura riprende a
scendere. La colonna rimane nel capillare ad indicare la temperatura
massima.
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(6) Da cosa è costituito l'elemento sensibile del termometro a
minima?
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Da un liquido organico (alcol etilico, metilico, ecc.)
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(7) Perché nei termometri a minima si adopera un liquido organico?
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(8) Qual è lo scopo della capannina meteorologica?
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Ottenere delle buone letture e registrazioni della temperatura
dell'aria, riducendo al minimo il contributo di calore dovuto alla
radiazione diretta del Sole o riflessa dagli oggetti circostanti.
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(9) Perché le capannine meteorologiche sono dotate di pareti
a persiana?
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(10) Quando è possibile ottenere le migliori misure di temperatura
dell'aria?
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Quando il cielo è coperto e la ventilazione all'interno della
capannina è sufficiente.
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(11) Cosa bisogna fare per ridurre al minimo gli effetti della
radiazione solare diretta sulla capannina?
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Pitturarla periodicamente con vernice bianca.
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E' un tipo di errore che subentra nelle misure di temperatura
quando la ventilazione è scarsa e il cielo è sereno. E' dell'ordine
di 1,5°C con cielo sereno, calma di vento e sole sulla capannina, e
di -0,5°C con notti serene.
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(13) Quale accorgimento si adotta per evitare che il Sole agisca
direttamente sugli elementi sensibili degli strumenti termometrici durante
le osservazioni?
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(14) Perché il posto dove sorge la capannina deve presentare
caratteristiche analoghe a quelle della zona che entra nel campo
d'osservazione della stazione meteorologica stessa?
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(15) Perché l'osservatore deve eseguire le letture termometriche
senza troppo indugiare davanti agli strumenti termometrici?
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Perché quest'ultimi verrebbero così influenzati dal calore
emanato dal corpo o dal respiro stesso.
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(16) La misura del termometro a bulbo bagnato è influenzata dalla
quantità d'acqua da cui è bagnato ?
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No, perché l'evaporazione è in funzione della temperatura, dello
stato igrometrico, della ventilazione e della pressione
atmosferica.
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(rev.2001/02)
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