簡約但不簡單 — 「社區天氣資訊網絡」自動氣象站
2021年8月10日
李淑明 李嘉康
「社區天氣資訊網絡」(Community Weather Information Network，Co-WIN) 是由香港天文台、香港大學和香港中文大學合作的項目，為參與的學校及社區團體提供網上平台和技術支援，協助他們建立及管理自動氣象站，並向公眾分享自動氣象站的數據，包括氣溫、相對濕度、雨量、風向風速、氣壓、太陽輻射及紫外線指數。當中參與的同學們可以在過程中學習到儀器操作、天氣觀測和數據分析等技巧。Co-WIN自動氣象站的設計簡約，集多項功能於一身，現在讓我們比較一下和天文台的標準自動氣象站有甚麼不同。
溫度和濕度
Co-WIN自動氣象站採用電阻溫度計和濕度計，設計非常小巧，置於防太陽輻射罩內，跟標準自動氣象站的百葉箱作用相同，既可讓空氣流通，亦同時避免溫度計和濕度計被陽光直射或受雨水影響。
天文台的標準自動氣象站使用白金電阻溫度計測量乾球和濕球溫度，用以計算相對濕度，另外也有利用電容式濕度計來測量相對濕度。根據世界氣象組織的指引，標準自動氣象站的百葉箱需設置在離地面1.25至2米的高度。相比之下，Co-WIN自動氣象站的溫度計一般裝設在學校天台比較開揚和空氣流通的地方，離地面也較高。
雨量
Co-WIN自動氣象站跟標準自動氣象站同樣採用翻斗式雨量計來測量降雨量。Co-WIN的翻斗式雨量計裝設在溫度和濕度計的防太陽輻射罩之上方，而標準自動氣象站的翻斗式雨量計一般安裝在氣象站較開揚的地面。
雨水進入翻斗式雨量計後，會逐漸填滿裏面兩個翻斗的其中一個，當達到一定的水位時，翻斗就會因重量翻向一面，排走裡面的雨水，而另外一個翻斗則移動到接雨水的位置，過程再次重複。雨量計就是通過翻斗換邊的次數來計算雨量。
風
Co-WIN自動氣象站和標準自動氣象站均採用風杯型風速計配合風向儀來測量風速和風向。標準自動氣象站內的測風計依照世界氣象組織的指引，裝設在約10米高及配備避雷針的桅杆上，測量離地10米高的風力，而周圍要儘量避免有高的障礙物。Co-WIN自動氣象站由於場地限制，測風計一般安裝在學校天台上的數米高桅杆上，附近亦可能有較高的建築物。
氣壓
Co-WIN自動氣象站採用的氣壓計為壓阻式設計，置於自動氣象站的電子控制台內，而標準自動氣象站一般採用獨立的儀器如電容式電子氣壓計來測量氣壓。
太陽總輻射及紫外線指數
Co-WIN自動氣象站的太陽輻射感測器和紫外線感測器位於翻斗式雨量計旁邊，每個感測器均附有一個水平儀，能確認感測器處於水平位置，來接收全天域陽光，以測量太陽總輻射及紫外線強度。天文台使用更精密的總日射表和紫外線儀，為求空曠的觀測環境，只裝設在指定的自動氣象站內。
自動氣象站選址
無論是Co-WIN還是標準自動氣象站，對選址也有要求。氣象站要遠離空調、混凝土地面、反光物體和高牆等，並且處於空氣流通的位置，以免影響氣溫數據。氣象站的雨量計亦應避免置於當風位置，以免強風之下雨水被吹散，不能有效收集降雨。至於風向儀和風速計，則要置於足夠高度，儘量避免被周圍的建築物阻擋。
為了滿足上述氣象站的選址要求，天文台儘量選擇在開揚、附近沒有建築物阻擋的地方建立自動氣象站。而Co-WIN會員由於受學校附近環境所限，一般會在學校天台安裝自動氣象站。
天氣個案
Co-WIN自動氣象站就好像標準自動氣象站的簡化版，由過往經驗所得，Co-WIN氣象站是簡約、但並不簡單！在捕捉天氣狀況時，其表現亦相當不俗。以2021年5月4日的暴雨個案為例，當日由於受一道低壓槽影響，廣東沿岸有雷雨發展，晚上7至10時有一雷雨帶從香港西北向東南移動，橫過本港(圖七)。
圖八顯示全港多個Co-WIN自動氣象站在2021年5月4日晚上7時至午夜的每分鐘雨量和溫度時間序列，清楚顯示雨帶經過每一氣象站時所帶來的雨量和降溫，各站的觀測結果非常具參考價值，與天文台總部自動氣象站錄得的天氣變化相類似。
新一代社區天氣觀測站 Co-WIN 2.0
天文台近年推動新一代社區天氣觀測站 Co-WIN 2.0，其特點是使用微型氣象探測器，包括微型風傳感器、微型溫度和濕度感應器等，並將儀器收納在燈柱形的外殼內，而部分儀器組件例如防太陽輻射罩更利用三維立體打印技術製造。此外，Co-WIN 2.0 氣象站更採用開放原始碼（Open Source）的微控制器及程式，大大減少軟硬件開發的成本。Co-WIN 2.0 背後的理念是希望學生學習自行製作（DIY）自動氣象站及編寫相關程式，為此天文台亦舉辦工作坊讓學生參與。天文台基於Co-WIN 2.0自動氣象站的原型，研發了路燈型自動氣象站並投入運作，實時監測本港氣象情況，其設計於 2020 年成功在香港註冊成為專利。
後記
如果你有興趣查看Co-WIN自動氣象站的即時天氣數據，可登入Co-WIN網址 (https://cowin.hku.hk/)。我們更歡迎學校或組織聯絡我們，加入成為Co-WIN會員。
再補充一點歷史，Co-WIN在2007年成立，當時由香港天文台、香港理工大學應用物理學系和香港聯校氣象網共同建立，會員透過理工大學建立之軟件及網站向公眾提供實時天氣資訊。到了2017年，香港中文大學未來城市研究所加入Co-WIN並參與網頁運作。至2021年，香港大學地理系接替理工大學和中文大學，提供軟件技術支援及維持網頁日常運作。