doi10.12006/j.issn.1673-1719.2018.047 王利宁 , 杨雷 , 陈文颖 , 等 . 国家自主决定贡献的减排力度评价 [J]. 气候变化研究进展 , 2018, 14 6 613-620 国家自主决定贡献的减排力度评价 1 清华大学能源环境经济研究所，北京 100084； 2 中国石油经济技术研究院，北京 100724； 3 国网能源研究院有限公司，北京 102209； 4 国网河南省电力公司经济技术研究院，郑州 450052 气候变化研究进展 第 14 卷 第 6 期 2018 年 11 月 CLIMATE CHANGE RESEARCH V ol. 14 No. 6 November 2018 摘 要基于气候变化综合模型全球变化评价模型（GCAM-TU，分析了 2030年各国家/地区减排承诺下能源相关 CO 2 的全球排放路径与不同可能性下 2℃温升目标对应的最优排放路径的差距。研究发现，当前减排承诺下的全球排放路 径与最优路径仍存在一定差距，各国家/地区需加大 2030年后的减排承诺力度。进一步分析了主要国家/地区在各自减 排承诺下的碳强度下降率、减排成本和人均碳排放，得出中国在全球减排进程中的努力和贡献是巨大的，而南非、日本 等国承诺力度不足。为实现自主决定贡献，中国终端能源消耗将较参考情景有所下降，能源结构将进一步优化。 关键词气候变化；自主决定贡献NDCs ；综合评价模型；2℃温升目标 收稿日期 2018-04-08；修回日期 2018-06-07 资助项目 国家电网公司科技项目（5217L017000N） 作者简介 王利宁，男，博士；陈文颖（通信作者，女，教授， 引 言 从京都议定书到哥本哈根协议 ，全 球主要国家为减少温室气体排放不断做出努力， 但全球温室气体排放仍呈增长态势。据 IPCC 第 五次评估报告 [1-2] ，若全球各国延续当前的排放态 势，21 世纪末全球温升相对于工业化前水平将在 3.5 ～ 7.2℃之间。 巴黎协定就 21 世纪末控制 全球地表温升不超过工业化前 2℃达成一致，未 来留给全球的碳排放空间将非常有限，各国在一 定程度上均将面临排放空间不足的问题。 巴黎协 定建立了一系列机制保障 2℃目标的落实全 球减排从自上而下的模式转为以国家自主决定贡 献（NDCs为核心的自下而上模式；建立了定期 通报与评估机制，要求各缔约国每五年通报一次 NDC，并要求各国新的 NDC 力度不应低于上一阶 对策论坛 段减排承诺；还设定了资金、技术和能力建设的支 持机制 [3] 。 全球 2℃温升目标能否实现取决于能否将其 落实为各国具体减排目标 [4-5] 。巴黎气候大会前 后，各国依据自身国情，积极主动提交和批准了 NDCs，针对 2020 年后减缓和适应气候变化做出承 诺 [6] 。但各国家/地区所提 NDC 能否确保实现全 球 2℃温升目标以及各国减排承诺的力度是否合理 仍是巴黎协定后讨论的热点。 已有多个研究结果表明，目前全球汇总的 NDCs 与实现全球 2℃温升目标下的排放路径仍存 在差距。联合国气候变化框架公约（UNFCCC） 报告指出 [7] ，以当前 NDCs 情景模式预测，2030 年全球温室气体排放量将达到 550 亿 t；联合国环 境规划署（UNEP）指出 [8] ，2030 年排放的温室气 体，较实现 2℃温升（66 概率）的目标情景， 王利宁 1,2 ，杨 雷 1 ，陈文颖 1 ，单葆国 3 ，张成龙 3 ，尹 硕 4 气候变化研究进展 2018 年 614 对策论坛 将多排放 11 ～ 13.5 Gt CO 2-eq；Rogelj 等 [9] 发现 按照 NDCs 的减排力度，2100 年全球温升将达到 2.6 ～ 3.1℃。此外，一些研究也对比和评估了各 国家/地区减排承诺力度。荷兰环境评估署（PBL） 分析了 25 个国家/地区 NDCs 情景与现有政策情 景的差距，发现仅有 9 个国家/地区在现有政策 情景下可以实现 NDC 目标 [10] 。气候行动追踪项目 （CAT）将各国承诺划分为严重不足、非常不足、 不足、可匹配 2℃目标、可匹配 1.5℃目标和模范 6 个等级，比较评估了 33 个国家/地区在 NDCs 下的减排承诺力度，认为中国属于非常不足等级， 2030 年碳强度目标应提高至 65 ～ 70 [11] 。Pan 等 [12] 利用 6 种公平准则分别评估了 8 个国家/地 区在 NDCs 下的承诺减排力度，得出在历史责任准 则下，美国和欧盟力度明显不足，而印度在 6 种公 平准则下均表现出了较强的力度。 本研究采用气候变化综合评估模型全球变 化评估模型 （GCAM-TU， 聚焦能源相关 CO 2 排放， 分析了各国家/地区 NDCs 下的减排承诺与不同 可能性（66 和 50 左右的概率）下全球 2℃温 升目标对应的排放路径之间的差距，并从人均碳排 放、碳排放强度变化率以及减排成本等 3 方面综合 分析了主要国家/地区在 NDCs 下的减排力度，最后 对 NDCs 下中国能源系统的演变进行了初步探索。 1 研究方法 1.1 GCAM-TU 模型 全球变化评估模型（Global Change Assessment Model，GCAM）是由美国西北太平洋国家实验室开 发的动态递归的部分均衡模型，基年为 2010 年，模 拟间隔为 5年，模拟时间跨度为 20102100年 [13] 。 目前该模型已广泛应用于各类能源和气候政策分析 中。如 Clarke 等 [14] 分析了先进技术在实现不同温 升目标下的责任；McJeon 等 [15] 探讨了页岩气成本 以及资源量的变化对全球温室气体排放的影响。本 研究采用的 GCAM-TU 是在 GCAM 模型基础上进 一步开发的。较 GCAM 标准模型，GCAM-TU 对 中国的终端部门（交通、建筑和工业部门）有更为 详尽的刻画，且根据中国现状及发展趋势对中国区 参数进行了相应校准。 能源系统模块为 GCAM-TU 模型中的核心模 块，其对能源开采、加工、转换、分配到终端消 费进行了详细的刻画（图 1。模型中，能源相关 的 CO 2 排放是基于全球燃料需求决定的，排放量 为排放系数与化石燃料消费量的乘积。气候模块采 用 MAGICC 模型 [16] ，将 GCAM 中的排放数据作 为 MAGICC 模型的输入，转化为温室气体浓度， 进而计算出相对工业化前水平的辐射强度变化和全 图 1 GCAM-TU 能源系统结构 Fig. 1 Energy system structure of GCAM-TU model 能源开采 能源转换 终端能源载体 终端部门 石油开采 生物质开采 煤炭开采 铀开采 天然气开采 天然气 过程 生物质 转换 液体燃料 炼油 生物质 煤炭 天然气 氢气 电力 热力 工业部门 交通部门 建筑部门 制氢 发电 （供热） 核能 水能 太阳能 风能 地热能 6 期 615 王利宁，等国家自主决定贡献的减排力度评价 球平均温升水平。 模型模拟的核心是求解全球能源市场供给和需 求平衡时各能源品种的价格。模型通过反复迭代求 解各能源品种价格，确保包括一次能源和二次能源 的供给和需求达到均衡。在能源、气候或其他环境 政策的约束下，模型通过对能源生产和消费端增加 碳税或补贴以改变能源价格进而改变能源系统结 构。本研究中为实现各国 NDCs，主要通过对化石 能源征收碳税来改变化石能源相关技术竞争力，不 断提升低碳技术市场份额，直至满足目标要求。 1.2 情景设计 为分析各国 NDCs 与全球 2℃温升目标的差距 以及各国相应的减排力度和难度， 设计了 3类情景。 第一类为参考情景（Ref） ，此情景下各主要国 家/地区保持当前经济发展和能源使用模式，不 考虑额外的气候政策以限制温室气体排放。未来全 球碳排放主要受社会经济发展驱动。本研究中各国 家/地区人口根据联合国人口展望 [17-18] 给定，不 随政策和技术的变化而改变。GDP 根据人口和劳 动生产率计算而得，其中发达国家劳动生产率的增 长速度保持当前水平，约为每年 1.5；发展中国 家的增长速度在初期较快而后随着人均 GDP 的增 加逐渐下降并趋同于发达国家。 第二类为 2℃温升目标情景， 包含两个子情景 Deg_66 和 Deg_50 情景，分别对应在 21 世纪末以 66 和 50 左右的概率控制全球温升较工业化 前 2℃以内，其对应的 21 世纪末辐射强度水平分 别为 2.6 和 3.7 W/m 2 。 第三类为 NDCs 情景，也包含两个子情景， 由于部分国家/地区的 NDC 是有一定范围的，如 中国承诺 2030 年碳排放强度较 2005 年水平下降 60 ～ 65，俄罗斯承诺 2030 年排放应较 1990 年水平下降 25～ 30。NDC_high情景对应各国 家/地区减排承诺的上限；NDC_low 对应各国 家 /地区减排承诺的下限。本研究重点关注能源 相关 CO 2 排放。一是因为能源相关的碳排放占全 部温室气体的比重较大；二是与中国提出的 NDC 关注的内容一致；三是不同研究机构对非能源相 关 CO 2 排放模拟结果的差别较大。模型中，CH 4 、 N 2O 等温室气体排放会因能源结构的演变而改变， 但本研究暂未对非 CO 2 温室气体排放直接添加总 量控制约束。 截至目前，171 个国家/地区提交了 NDCs [6] 。 表 1列举了部分国家/地区的自主决定贡献承诺。 由于 GCAM-TU模型中全球被划分为 32个区域， 故本研究针对相同区域内国家/地区存在减排承 诺不同的情况，根据各国历史排放、参考情景排 放、减排承诺力度等因素进行了整合。此外， 针对未提交 NDCs 或提交方案中未提出明确量化 目标的国家/地区，则参考同区域内主要国家的 NDCs 进行整合。需要说明的是把未提交 NDCs 的国家/地区进行整合会存在一定高估减排力度 的现象，但因所提交的 NDCs 已覆盖全球 96.4 的温室气体排放 [19] ，故此影响不大。 2017 年 6月，美国宣布退出巴黎协定 ，有 研究表明，美国退协的后续政策可能会导致 2030 年排放相对于 NDCs 情景上升 12.5 亿～ 20.1 亿 t CO 2-eq [20] ；考虑美国的历史与现实， 在美国退出 京 都议定书后，其碳排放总量和人均水平仍处于下 降通道，诸多美国地方政府和企业仍继续践行低碳 表 1 部分国家和地区的自主决定贡献承诺 Table 1 NDCs of main countries and parties 国家和地区 巴西 中国 印度 南非 美国 欧盟 日本 韩国 俄罗斯 加拿大 澳大利亚 新西兰 自主决定贡献NDCs 2025 年排放在 2005 年的基础上减排 37 2030 年碳强度较 2005 年水平下降 60 ～ 65， 2030 年左右达峰，并争取尽早达峰 2030 年排放强度较 2005 年水平下降 33 ～ 35 20252030 年间，南非的温室气体排放保持在 398 ～ 614 Mt 之间 2025 年排放相对 2005 年水平下降 26 ～ 28 2030 年排放相对 1990 年水平至少下降 40 2030年温室气体排放在 2012 年基础上下降 26 2030 年排放相对参考情景下降 37 2030 年排放相对 1990 年水平下降 25 ～ 30 2030 年排放相对 2005 年水平下降 30 2030 年排放相对 2005 年水平下降 26 ～ 28 2030 年排放相对 2005 年水平下降 30 气候变化研究进展 2018 年 616 对策论坛 道路 [21] 。 如波恩会议期间， 有美国学者自愿搭建 “美 国气候行动中心” ，并发布“美国的承诺”第一阶 段减排报告 [22] ，表明美国仍能按 NDC 实现减排承 诺。UNFCCC 官网上美国的 NDC 仍在列，故本研 究假设美国仍将履行其承诺。 2 结果分析 2.1 NDCs情景和2℃温升目标情景的排放差距 各国家/地区提交的 NDCs 反映了其为应对 气候变化，特别是为实现 2℃温升目标在现阶段 所采取的行动和努力。图 2 表明相对于参考情景 （Ref，各国采取的自主减排行动（NDCs 情景） 显著降低了 CO 2 排放。2030 年，NDCs 情景下的 CO 2 排放较 Ref 下降了 11.6 ～ 13.4 Gt，下降比例 在 23.3 ～ 26.9，说明全球各国为减少碳排放正 在努力行动。 但同时，NDCs 与实现全球 2℃温升目标对应 的最优排放路径（Deg_50 和 Deg_66）仍有一定差 距。较小可能性实现 2℃温升目标的情景（Deg_50） 与 NDCs 情景下的碳排放差距较小。2030 年，两 者差距在 1.7 ～ 3.6 Gt。但较大可能性实现 2℃温 升目标的情景（Deg_66）需要的全球减排力度要明 显高于 NDCs 情景，2030 年相差 13.0 ～ 14.8 Gt。 这意味着若想以较大的可能性控制全球温升、避免 灾难性的气候变化发生，各国家/地区一方面应 保证当前提交的 NDCs 不断落实，另一方面要尽可 能提前对低碳发展战略布局， 走低碳绿色发展道路， 以期在 2030 年后有更大力度的减排行动。同时， 为帮助发展中国家有力地应对气候变化，发达国家 应积极开展大规模的援助活动以帮助发展中国家在 减缓、适应和能力建设方面取得实质性进展。 在全球统一碳价对应的最优路径下（Deg_50 和 Deg_66，减排将发生在那些减排潜力大和减排 成本低的国家/地区。在 Deg_50 下，发达国家应 立即进行减排，而发展中国家由于当前排放水平较 低，且未来人口和经济增速相对较大，故排放仍有 一定增长空间，但 2030 年后也需进行绝对减排。 而在 Deg_66 下，除少部分发展中国家外，大多数 国家/地区均需在近期开始绝对减排。 2.2 各国家/地区NDCs力度分析 各国家/地区 NDCs 的提出既考虑了公平原 则以及共同但有区别的责任和能力原则，同时也反 映了各国家/地区自身所处环境和发展阶段的差 异以及承担全球减排责任的意愿。这表现为发达国 家的减排承诺类型为绝对减排，而发展中国家的减 排承诺多数为相对减排。 图 3 以 NDC_high 情景为例，从年均碳强度下 降率分析各国家/地区在 20102030 年间的自主 减排力度。为实现 NDCs，2030 年前，全球年均 碳强度下降率为 2 左右。各国家/地区年均碳减 排率差异较大，而除日本外的其他发达国家的年均 碳强度下降率均高于全球平均水平。日本减排力 度相对不足，也可从其 NDC 目标看出，2030 年较 2013 年温室气体排放降低 26，即相当于在 2005 图 2 不同情景下全球 CO 2 排放 Fig. 2 Global CO 2 emissions in different scenarios 2010 2030 年 2015 2020 2025 Ref 参考情景 Deg_66 情景 Deg_50 情景 NDC_high 情景 NDC_low 情景 60 50 40 30 20 10 0 全球 CO 2 排放 /Gt 图 3 20102030 年间各主要国家和地区的年均碳强度下降率 Fig. 3 Annual carbon intensity reduction of main countries and parties in 2010-2030 中国 其他发展中国家 其他发达国家 印度 巴西 南非 中东 南美 非洲 美国 欧盟 俄罗斯 日本 加拿大 澳洲 7 6 5 4 3 2 1 0 全球平均水平 年均碳强度下降率 / 4.5 2.1 5.8 2.6 0.8 1.7 1.5 1.8 3.8 3.3 2.9 1.4 3.1 3.7 1.9 6 期 617 王利宁，等国家自主决定贡献的减排力度评价 年基础上降低 25.4，在 2010 年基础上升高 3。 发展中国家中，中国的减排力度较大，其年均碳强 度下降率不仅超过全球平均水平，还远超美国和欧 盟等发达国家/地区。 各国家/地区减排力度的不同也反映在各国 家/地区减排成本的差异上。从图 4 可见，2030 年前，全球减排成本占 GDP 的比例约为 0.25， 其中巴西、澳洲、南美、中国、美国、加拿大的减 排成本占 GDP 的比重高于全球平均值。这里需要 说明的是，本研究只分析了能源相关碳排放，而巴 西主要通过限制土地相关碳排放以减排，故一定程 度上高估了巴西的整体减排成本。20102030 年 间，中国总的减排成本占同期总 GDP 的比例约为 0.35，高于同期大多数发达国家，体现了中国作 为一个负责任的大国在减缓气候变化中的努力。 图 4 20102030年间各国/地区的减排成本 （占 GDP的比例） Fig. 4 Abatement costs of main countries and parties in 2010-2030 share of GDP 图 5显示，2030年，全球人均碳排放约为 4.50 t CO 2 ，其中俄罗斯、加拿大、美国、澳洲、日本、 中国、南非等均高于全球均值；而非洲、巴西、印 度等国家/地区则远低于全球水平。 从平等原则 （人 人享有同等碳排放权）看，俄罗斯、加拿大和美国 等还需继续加大减排力度以降低人均碳排放水平。 中国虽在未来一段时间内，不断加大减排力度，但 因中国经济增速仍处于中高速区间，短期内人均碳 排放还相对较高。 2.3 以能源变革促进我国自主决定贡献承诺的实现 中国作为全球第一大碳排放大国，中国的减排 努力对全球实现 2℃温升目标至关重要。随着我国 工业化、城镇化进入后期，经济将由高速增长转变 为高质量发展，经济结构、能源结构不断优化，助 推碳排放强度稳步下降。过去多年，中国的年均碳 强度下降幅度在 3.7左右。为实现 2030年碳强度 较 2005 年水平下降 60 ～ 65、碳排放在 2030 年实现达峰的目标，未来一段时间中国年均碳强度 下降率将至少维持在 4 ～ 5 的水平。这无疑对 中国的能源系统提出了挑战，但也为中国低碳绿色 和可持续发展提供了重要机遇。 图 6 显示，NDC_high 情景下， 2030 年中国 一次能源消费总量约为 59.85 亿 t 标煤，较 Ref 情 景下低 4.01 亿 t 标煤，其中化石能源低 7.10 亿 t。 NDC_high 情景下，非化石能源在一次能源的占比 将大幅增加。2020 年，NDC_high 情景下非化石能 源占比达到 17.39，较 Ref情景高 4.07个百分点； 2030年，进一步增加至 20.01，较 Ref情景高 6.11 图 6 Ref 和 NDC_high 情景下中国一次能源消费量 Fig. 6 Primary energy consumption in Ref and NDC_high scenarios in China 70 一次能源消费量 / 亿 tce 60 50 40 30 20 10 0 基年 煤 2010 年 2020 年 2030 年 Ref NDC_high Ref NDC_high 石油 天然气 核能 水电 风能 太阳能 生物质 传统生物质 其他 中国 其他发展中国家 其他发达国家 印度 巴西 南非 中东 南美 非洲 美国 欧盟 俄罗斯 日本 加拿大 澳洲 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 全球平均水平 减排成本占 GDP 的比例 / 0.35 0.21 1.1 0.38 0.1 0.04 0.09 0.12 0.31 0.21 0.12 0.29 0.4 0.29 0 图 5 2030 年各国家/地区人均碳排放 Fig. 5 Carbon emission per capita of main countries and partiesin 2030 中国 其他发展中国家 其他发达国家 印度 巴西 南非 中东 南美 非洲 美国 欧盟 俄罗斯 日本 加拿大 澳洲 12 10 8 6 4 2 0 人均碳排放 /t CO 2 7.87 7.82 7.14 2.54 0.88 3.28 0.79 3.39 10.21 11.27 10.59 9.93 7.08 8.59 5.05 全球平均水平 气候变化研究进展 2018 年 618 对策论坛 个百分点。 在 NDC_high 情景下，2030 年我国终端总能 耗约 40.43 亿 tce（图 7，较 Ref 情景低约 6.63。 分部门看，工业部门下降最明显，2020 年和 2030 年，工业部门 NDC_high 情景下较 Ref 情景分别下 降 6.18 和 8.70。 图 7 Ref 和 NDC_high 情景下中国终端分部门能耗 Fig. 7 Final energy consumption by sector in Ref and NDC_high scenarios in China 50 终端分部门能耗 / 亿 tce 40 30 20 基年 2010 年 2020 年 2030 年 Ref NDC_high Ref NDC_high 建筑 工业 交通 10 0 作为终端部门低碳转型的重要方式，NDC_ high 情景的发电量也较 Ref 情景的要高（图 8， 2030 年高约 256.59 TWh, 即高 3.12。发电部 门也将更加低碳化，突出表现为非化石发电技术占 比不断提升。NDC_high 情景下，2030 年非化石发 电技术占比将达 38.99，较 Ref 情景高 12.36 个百 分点。 图 8 Ref 和 NDC_high 情景下中国发电量及结构变化 Fig. 8 Electricity generation in Ref and NDC_high scenarios in China 发电量 /T Wh 0 基年 煤电 2010 年 2020 年 2030 年 Ref NDC_high Ref NDC_high 煤电 CCS 油电 油电 CCS 气电 气电 CCS 太阳能 生物质 其他 8000 6000 4000 2000 生物质 CCS 核电 水电 风电 总体上看，NDC_high 情景较 Ref 情景，一方 面减少了能源消费， 这依托于高效节能技术的应用， 及工艺流程优化等；另一方面优化了能源结构，大 幅降低了化石能源消费比重。这有利于中国降低对 外依存度，提高能源安全水平，减少污染排放，提 升生活质量。 3 结 论 相较 Ref 情景，各国家/地区自主减排行动 可显著降低 CO 2 排放。但当前各国的减排承诺与 实现全球 2℃温升目标要求的排放路径仍有较大差 距，如 NDCs 情景 2030 年的能源相关 CO 2 排放比 以 50概率实现 2℃温升目标路径高 30亿 t左右。 对各国家/地区 NDCs 力度的分析表明中 国和巴西的减排力度均较大，其年均碳强度下降率 高于全球平均水平，且中国还远远超过了美国和欧 盟等发达国家。同时，中国减排成本也高于全球平 均水平，表明了中国作为一个负责任的大国愿为全 球气候变化行动付出更多努力。相比而言，南非和 日本等国家/地区 NDCs 承诺略显不足。 中国 NDC目标的实现将推动能源系统的变革。 为实现 NDC，一次能源消费总量将较参考情景有 所减小，且非化石能源占比不断提升。这将对中国 能源系统提出一定挑战，但同时也意味着是中国绿 色低碳和可持续发展的一项重要机遇。 NDCs 是全球携手应对气候变化的新方式，既 体现发达国家与发展中国家不同的历史责任，也体 现了各国不同的国情和能力。若全面落实 NDCs， 则全球温室气体排放将偏离目前高速增长态势，也 将逐渐与经济增长脱钩。但目前各国家/地区提 交的 NDCs 与实现全球 2℃温升目标对应的最优路 径仍有差距，各国家/地区应不同程度地强化减 排承诺，积极探索 2030 年后更有力度的 NDCs。 同时，全球应积极探索国际减排合作模式，促使发 达国家以较低成本实现减排承诺，发展中国家获得 资金支持走低碳发展道路。我国作为当前碳排放总 量最大的国家，应提早规划 2030 年后减排目标， 探索碳排放达峰后的低碳发展新模式。 参考文献 IPCC. Climate change 2013 the physical science basis [M]. Cambridge Cambridge University Press, 2013 [1] 6 期 619 王利宁，等国家自主决定贡献的减排力度评价 [4] [3] [5] IPCC. Climate change 2014 mitigation of climate change [M]. Cambridge Cambridge University Press, 2014 UNFCCC. Decision 1/CP.21, the Paris Agreement. Paris, 2015 [EB/ OL]. 2015 [2016-02-07]. http//unfccc.int/files/meetings/paris_nov_2015/ application/pdf/paris_agreement_english.pdf 王利宁 , 陈文颖 . 全球 2℃温升目标下各国碳配额的不确定性分析 [J]. 中国人口资源与环境 , 2015, 25 6 30-36 王利宁 , 陈文颖 . 不同分配方案下各国碳排放额及公平性评价 [J]. 清华大学学报 自然科学版 , 2015, 55 6 672-677 UNFCCC. All NDCs ted 2018 [EB/OL]. 2018 [2018-04-04]. http//www4.unfccc.int/ndcregistry/Pages/All.aspx UNFCCC. COP. Adoption of the Paris Agreement [R]. Proposal by the President, Paris, 2015 UNEP. The emission gap report 2017 a UN environment synthesis report [R]. United Nations Environment Programme UNEP, Nairobi, 2017 Rogelj J, den Elzen M, Hhne N, et al. 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