2025年3月12日，刘会增课题组在国际光学期刊《Optics Express》发表了题为《Retrieval of water cloud microphysical properties with polarized LiDAR based on optimization method: a polarimetric Monte Carlo simulation》的研究论文。深圳大学高等研究院博士后Wiqas Ahmad为第一作者，刘会增研究员为通讯作者，深圳大学为第一完成单位。论文合作者包括深圳大学李清泉院士、朱平教授等。

过去几十年间全球变暖持续加剧，对人类生存构成严峻威胁，已成为21世纪科学界面临的重大挑战之一。云层在地球辐射收支平衡中发挥着关键作用：一方面通过增强对短波太阳辐射的反射产生冷却效应，另一方面通过吸收地表长波辐射并二次辐射产生增温效应。具体而言，云层将入射的短波太阳辐射反射回太空，导致地表降温；同时吸收地球大气发射的部分长波辐射并重新辐射回地表，形成增温效应。值得注意的是，云滴粒径的缩小会提升短波反照率，这种大气冷却效应可部分抵消全球变暖。此外，云滴的分布特征显著影响水云的辐射特性——当液态水以大量小微滴形式存在时，其辐射衰减效应明显强于少量大云滴的分布状态。由此可见，云微物理属性与其辐射特性存在紧密关联。

为利用偏振大气激光雷达表征水云的液态水含量、云滴数浓度等微物理参数，云滴有效半径和消光系数成为两个核心反演参数。然而，基于激光雷达方程求解这两个参数属于典型的不适定问题。本研究提出一种基于单视场偏振激光雷达模拟的优化反演方法，通过构建查找表并引入成本函数全局寻优，成功实现了云滴有效半径与消光系数的同步反演。数值模拟结果表明：在查找表中，成本函数的全局最小值精准对应真实反演参数组合。该方法采用网格搜索算法，通过穷举所有参数组合并计算其均方误差，选取归一化成本函数值最低的参数对作为最优解。研究表明，尽管成本函数呈现复杂拓扑结构，该优化方法仍能稳定收敛至全局最小值，无需复杂反演技术即可获得最优云滴有效半径和消光系数。这些优化参数可用于准确表征近云底区域的水云微物理特性，验证了本反演方法的有效性，展现了偏振激光雷达观测在深化云特性认知方面的应用潜力。

该研究得到国家自然科学基金（42371337）、广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515011946、2024A1515011388）、深圳市科技计划（JCYJ20230808105709020、JCYJ20240813142621029）及广东省基础与应用基础研究重大项目（2023B0303000017）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1364/OE.549620