本文介绍来自德国气象局的数值天气预测（Numerical Weather Predicition, NWP）的数据源，
以及综合使用cdo、gdal等工具将其进行一些处理如绘制图像的方法。
1. ICON 模型
德国气象局使用的预测模型，称为ICON（Icosahedral Nonhydrostatic）模型， 这种模型将地球表面划分成类似正二十面体一样的20个三角形， 对每个区域细分成面积约173平方公里的小三角形单元进行计算。 相比于传统的使用经纬度进行计算的方案，这种划分方式能更加均匀地处理地球上各个地区的预测问题， 避免传统方案在接近极地时的种种问题。[1]
ICON的全球预测模型每日运行4次，分别在UTC时间0时、6时、12时和18时发布。 预测数据地理上精度约为0.125度每格，时间范围达180小时，其中0-78小时内是逐小时预测，78小时之外逐3小时预测。
此外对于欧洲地区，有精细度更高的预测模型，每日运行8次，相隔3小时，地理上精度为每格0.0625度，预测时间范围则与全球模型相同。
2. 使用 ICON 数据需要注意的法律规定
根据2017年7月25日修正的《德国气象局法（DWD-Gesetz）》， 一部分数据需要由德国气象局（Deutscher Wetterdienst, DWD）无偿发布。 为此设立了 https://opendata.dwd.de 这个网站。
虽然笔者认为在气象局法中并未将NWP数据划分为需要无偿发布的一类， 但DWD确实如同之前通过FTP方式一样也将这些数据发布在了这个网站上。 但因为NWP数据属于地理信息数据， 另一部联邦法令《用于确定联邦所发布地理信息的使用条款之法令（GeoNutzV）》 则明确于第2款第(1)条写明，此类数据在符合法规的情况下可无偿用于商业和非商业用途。
根据上述法令第3款的规定，使用这类数据需要2个条件：
- 地理信息数据、元数据和使用这些数据提供的服务，需要在明显的地方用可见的方式指明来源和法律提示。
- 如果对这些数据任何修改或处理，则应当或者说明进行了修改，或者在数据提供者有特别要求的情况下，删除数据来源的标识。
对于DWD的数据，建议的标识方式例如：
- Datenbasis: Deutscher Wetterdienst, Rasterdaten bildlich wiedergegeben (数据来源：德国气象局，由点阵数据绘制）
- Datenbasis: Deutscher Wetterdienst, Einzelwerte gemittelt （数据来源：德国气象局，各数值取平均值）
- Datenbasis: Deutscher Wetterdienst, eigene Elemente ergänzt （数据来源：德国气象局，补充了自定义的内容）
删除数据来源的条件是，当使用数据的用途与DWD的业务目的不一致时。 例如尤其是对于天气预警类消息，如不能保证这类消息总是能完整、准时地抵达所有的用户时，就应当这样删去来源。[2]
3. 具体处理 ICON 数据的方式
3.1 使用命令行将数据按照不同的网格转换
为了使用 opendata.dwd.de 提供的数据，目前需要进行手动的转换，将ICON的自定义网格转换为我们常用的经纬度网格。
为此需要的工具是cdo这个程序(Climate Data Operator)，在Ubuntu或Debian系统的软件源中可以找到。
此外还需要下载一些定义转换的参数文件，在这里：ICON_GLOBAL2WORLD_0125_EASY.tar.bz2
将文件使用bunzip2解压后，得到两个文件：target_grid_world_0125.txt和weights_icogl2world_0125.nc。
使用cdo进行转换[3]：
time cdo -f grb2 remap,target_grid_world-0125.txt,weights_icogl2world_0125.nc <输入文件> <输出文件>
输入文件，就是要转换的，从 https://opendata.dwd.de/weather/icon/global/grib/
下载的.grib2结尾的文件（下载文件若是.bz2结尾，需要首先解压缩）。
输出文件可以是.grb2（GRIB2格式）或.nc（netCDF格式）结尾，这样cdo就可以输出相应格式的文件了。
如果cdo运行时出现错误，可能需要使用root权限运行（笔者猜测和内存分配有关）。
3.2 操作转换后的输出
之后，可以使用gdal软件包（在Ubuntu或Debian上，使用命令apt install gdal-bin安装），对文件进行各种操作。
用2017年12月1日18时得到的地表2米气温数据文件 ICON_iko_single_level_elements_world_T_2M_2017120118_051.grb2 为例说明如下。
查看元数据
$ gdalinfo ICON_iko_single_level_elements_world_T_2M_2017120118_051.grb2 # 查看.grb2文件的元数据
Driver: GRIB/GRIdded Binary (.grb)
Files: ICON_iko_single_level_elements_world_T_2M_2017120118_051.grb2
Size is 2879, 1441
Coordinate System is:
GEOGCS["Coordinate System imported from GRIB file",
DATUM["unknown",
SPHEROID["Sphere",6367470,0]],
PRIMEM["Greenwich",0],
UNIT["degree",0.0174532925199433]]
Origin = (179.937500000000000,90.062500000000000)
Pixel Size = (0.125000000000000,-0.125000000000000)
Corner Coordinates:
Upper Left ( 179.9375000, 90.0625000) (179d56'15.00"E, 90d 3'45.00"N)
Lower Left ( 179.9375000, -90.0625000) (179d56'15.00"E, 90d 3'45.00"S)
Upper Right ( 539.812, 90.062) (Invalid angle, 90d 3'45.00"N)
Lower Right ( 539.812, -90.062) (Invalid angle, 90d 3'45.00"S)
Center ( 359.875, 0.000) (359d52'30.00"E, 0d 0' 0.01"N)
Band 1 Block=2879x1 Type=Float64, ColorInterp=Undefined
Description = 2[m] HTGL="Specified height level above ground"
Metadata:
GRIB_COMMENT=Temperature [C]
GRIB_ELEMENT=TMP
GRIB_FORECAST_SECONDS=183600 sec
GRIB_PDS_PDTN=0
GRIB_PDS_TEMPLATE_NUMBERS=0 0 2 255 1 0 0 0 0 0 0 11 244 103 0 0 0 0 2 255 255 255 255 255 255
GRIB_REF_TIME= 1512151200 sec UTC
GRIB_SHORT_NAME=2-HTGL
GRIB_UNIT=[C]
GRIB_VALID_TIME= 1512334800 sec UTC
绘制图像
使用地表温度数据，可以利用命令绘制一幅图像。首先需要创建一个温度到色标的定义文件，取名color.txt，内容是：
-50 48 0 90
-25 12 67 196
0 255 255 255
25 250 182 57
35 170 0 20
45 74 0 10
之后使用命令：
$ gdaldem color-relief ICON_iko_single_level_elements_world_T_2M_2017120118_051.grb2 color.txt output.tiff
将 GRIB2 格式转换成 GeoTIFF 图像。接下来可以（需要 ImageMagick 软件包）将TIFF格式转换为更普遍的PNG图像格式：
$ convert output.tiff output.png
得到类似下图（已经过缩小）的效果：
