长期从事冰冻圈与全球变化研究，曾徒步横穿南极大陆，并系统研究了南极冰盖表层雪内物理过程和气候环境记录；积极倡导冰冻圈科学概念，从冰冻圈与其他圈层相互作用，及其变化的适应对策入手，构建了冰冻圈科学理论框架，创建冰冻圈科学国家重点实验室。长期参与和领导联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估报告的编写，作为IPCC第三次评估报告主要作者、第四和第五次评估报告第一工作组联合主席，成功组织了IPCC科学评估活动。领衔中国西部和中国气候与环境演变科学评估，主持《中国气象事业发展战略研究》；率先启动中国科学数据共享，发起创办了“气候系统与气候变化国际讲习班”和《气候变化研究科学进展》科学期刊等。