气候变迁造成海平水上升一事可能会影响到全球四分之一的人口,不过精准测量这项数据对气候科学家而言更是一项艰巨的挑战。

过去以陆地上的仪器刻度来测量判断海平面,但是这有一个问题:地球的地壳构造也在移动,就算仪器上显示海平面维持不变,仍有可能因为陆地移动而搞错数据。

瑞典查尔姆斯理工大学的 Thomas Hobiger 及同伙的研究人员利用 GPS 接收器和平行运算技术来解决这个问题。他们不参照陆地上的仪器刻度来测量水平面,而是采用反射自静态来源的信号,而这个静态来源便是全球导航卫星系统反射信号,又称为 GNSS-R。

以图表方式说明软件定义无线射频 GNSS-R解决方案的数据流内容。接收到直接(RHCP)与反射(LHCP)信号、转换为 A/D,再经由 1 Gbit 乙太网络连线传送到托管的 PC 上,交由 Tesla K40 GPU 处理信号

他们的研究成果就是这么巧,据纽约时报所述,两支不同的研究团队上周发表他们的发现,指出当前海平面上升的速度是近三千年来最快者

Hobiger 及其团队的研究让他们成为 NVIDIA 2016年全球影响力大奖决赛的五名入围者之一。NVIDIA 每年颁发15万美元给运用 NVIDIA 技术,在解决社会、人道与环境问题方面有突破性进展的研究人员。

2009年 NVIDIA 首届 GPU 科技年会给了 Hobiger 莫大的启发,当时来自世界各地的研究人员齐聚大会,分享他们对 GPU 运算的独到见解。Hobiger 自此开始使用 GPU 来处理降雪深度、水平面和原子钟的数据。

在过去的一年半里,Hobiger 的团队将重点放在使用 GNSS-R 来测量海平面的案子上。他们在海岸沿线布设 GPS 接收器,搭配水面反射的 GPS 信号,接着他们将数据信号投入 NVIDIA 的 GPU 实时计算水平面,提升了测量准度。

Hobiger 选择精度达到厘米水平的反射测量技术,不过这项技术需要强大的后端处理能力,让这项方案更具实用性。在 NVIDIA GPU 与 CUDA 程序设计模块的加持下,降低了 GNSS-R 解决方案的成本,也提高了它的效率。

 
去年3月60个小时的测试结果。软件接收器的海平面高度(红线)与邻近潮汐观测站的测量结果(蓝线)一同绘制。比较两者得出不到 9 mm 的 RMS,相关性高于 .995。

“硬件测量方式窒碍难行、耗费时间又极为死板,要是我们在软件里处理信号,可以开展出无限的可能性。”Hobiger 说。“那正是我们使用 GPU 的原因,尤其是再加上 CUDA 架构。”

团队采用 CUDA 的 cuFFT 的元件库来处理数据,Hobiger 指出他们的解决方案较其它研究单位采用之相似硬件测量法,在成本方面更为低廉。

反射测量系统的数据以每秒 800mb 的速度不断流入。Hobiger 的团队使用 NVIDIA Tesla 与 GeForce GPU 的平行处理能力,能够一直追上信息流入的速度。

“要是没有这些 GPU,我们便无法实时处理所有信号。”Hobiger 说。 
Hobiger 采用开放源码架构的软件,可在桌面上搭配其它地区海平面测量仪器使用。

Hobiger 说:“我们必须了解自己所在的这个星球,以及它未来可能变动的方向。应该提高人们对地球科学的认知,毕竟这是我们的地球。”