简约但不简单 — 「社区天气资讯网络」自动气象站
2021年8月10日
李淑明 李嘉康
「社区天气资讯网络」(Community Weather Information Network，Co-WIN) 是由香港天文台、香港大学和香港中文大学合作的项目，为参与的学校及社区团体提供网上平台和技术支援，协助他们建立及管理自动气象站，并向公众分享自动气象站的数据，包括气温、相对湿度、雨量、风向风速、气压、太阳辐射及紫外线指数。当中参与的同学们可以在过程中学习到仪器操作、天气观测和数据分析等技巧。Co-WIN自动气象站的设计简约，集多项功能于一身，现在让我们比较一下和天文台的标准自动气象站有甚么不同。
温度和湿度
Co-WIN自动气象站采用电阻温度计和湿度计，设计非常小巧，置于防太阳辐射罩内，跟标准自动气象站的百叶箱作用相同，既可让空气流通，亦同时避免温度计和湿度计被阳光直射或受雨水影响。
天文台的标准自动气象站使用白金电阻温度计测量干球和湿球温度，用以计算相对湿度，另外也有利用电容式湿度计来测量相对湿度。根据世界气象组织的指引，标准自动气象站的百叶箱需设置在离地面1.25至2米的高度。相比之下，Co-WIN自动气象站的温度计一般装设在学校天台比较开扬和空气流通的地方，离地面也较高。
雨量
Co-WIN自动气象站跟标准自动气象站同样采用翻斗式雨量计来测量降雨量。Co-WIN的翻斗式雨量计装设在温度和湿度计的防太阳辐射罩之上方，而标准自动气象站的翻斗式雨量计一般安装在气象站较开扬的地面。
雨水进入翻斗式雨量计后，会逐渐填满里面两个翻斗的其中一个，当达到一定的水位时，翻斗就会因重量翻向一面，排走里面的雨水，而另外一个翻斗则移动到接雨水的位置，过程再次重复。雨量计就是通过翻斗换边的次数来计算雨量。
风
Co-WIN自动气象站和标准自动气象站均采用风杯型风速计配合风向仪来测量风速和风向。标准自动气象站内的测风计依照世界气象组织的指引，装设在约10米高及配备避雷针的桅杆上，测量离地10米高的风力，而周围要尽量避免有高的障碍物。Co-WIN自动气象站由于场地限制，测风计一般安装在学校天台上的数米高桅杆上，附近亦可能有较高的建筑物。
气压
Co-WIN自动气象站采用的气压计为压阻式设计，置于自动气象站的电子控制台内，而标准自动气象站一般采用独立的仪器如电容式电子气压计来测量气压。
太阳总辐射及紫外线指数
Co-WIN自动气象站的太阳辐射感测器和紫外线感测器位于翻斗式雨量计旁边，每个感测器均附有一个水平仪，能确认感测器处于水平位置，来接收全天域阳光，以测量太阳总辐射及紫外线强度。天文台使用更精密的总日射表和紫外线仪，为求空旷的观测环境，只装设在指定的自动气象站内。
自动气象站选址
无论是Co-WIN还是标准自动气象站，对选址也有要求。气象站要远离空调、混凝土地面、反光物体和高墙等，并且处于空气流通的位置，以免影响气温数据。气象站的雨量计亦应避免置于当风位置，以免强风之下雨水被吹散，不能有效收集降雨。至于风向仪和风速计，则要置于足够高度，尽量避免被周围的建筑物阻挡。
为了满足上述气象站的选址要求，天文台尽量选择在开扬、附近没有建筑物阻挡的地方建立自动气象站。而Co-WIN会员由于受学校附近环境所限，一般会在学校天台安装自动气象站。
天气个案
Co-WIN自动气象站就好像标准自动气象站的简化版，由过往经验所得，Co-WIN气象站是简约、但并不简单！在捕捉天气状况时，其表现亦相当不俗。以2021年5月4日的暴雨个案为例，当日由于受一道低压槽影响，广东沿岸有雷雨发展，晚上7至10时有一雷雨带从香港西北向东南移动，横过本港(图七)。
图八显示全港多个Co-WIN自动气象站在2021年5月4日晚上7时至午夜的每分钟雨量和温度时间序列，清楚显示雨带经过每一气象站时所带来的雨量和降温，各站的观测结果非常具参考价值，与天文台总部自动气象站录得的天气变化相类似。
新一代社区天气观测站 Co-WIN 2.0
天文台近年推动新一代社区天气观测站 Co-WIN 2.0，其特点是使用微型气象探测器，包括微型风传感器、微型温度和湿度感应器等，并将仪器收纳在灯柱形的外壳内，而部分仪器组件例如防太阳辐射罩更利用三维立体打印技术制造。此外，Co-WIN 2.0 气象站更采用开放原始码（Open Source）的微控制器及程式，大大减少软硬件开发的成本。Co-WIN 2.0 背后的理念是希望学生学习自行制作（DIY）自动气象站及编写相关程式，为此天文台亦举办工作坊让学生参与。天文台基于Co-WIN 2.0自动气象站的原型，研发了路灯型自动气象站并投入运作，实时监测本港气象情况，其设计于 2020 年成功在香港注册成为专利。
后记
如果你有兴趣查看Co-WIN自动气象站的即时天气数据，可登入Co-WIN网址 (https://cowin.hku.hk/)。我们更欢迎学校或组织联络我们，加入成为Co-WIN会员。
再补充一点历史，Co-WIN在2007年成立，当时由香港天文台、香港理工大学应用物理学系和香港联校气象网共同建立，会员透过理工大学建立之软件及网站向公众提供实时天气资讯。到了2017年，香港中文大学未来城市研究所加入Co-WIN并参与网页运作。至2021年，香港大学地理系接替理工大学和中文大学，提供软件技术支援及维持网页日常运作。