（二）中國西部雪冰氣候及生物地球化學現代過程研究中國是冰川大國，青藏高原及其周邊高海拔地區廣泛發育的山地冰川一方面是寶貴的淡水資源，另一方面，其儲存的氣候和環境紀錄是研究環境變化的寶貴信息源。從1990’s年代開始，秦大河帶領研究團隊，針對雪冰代用指標的適用性，全面開展了現代過程觀測研究。雪冰表面氣溶膠從氣-雪-冰傳輸過程是解釋冰芯記錄的基礎。秦大河部署了天山、珠穆朗瑪峰冰川上的定位觀測研究。證明了代用指標的適用性。形成了一支具有國際影響的研究隊伍，取得了一系列重要成果，可概括為以下幾個方面：
1)通過降水和雪層中δ18O與溫度的相關性研究、大氣氣溶膠和雪層中離子濃度對比研究、雪層中融水滲透對不同物質成分濃度的影響的實驗觀測，論證了我國西部山地冰芯中氣候環境指標的適用性。
2)在珠穆朗瑪峰地區開展冰川變化、氣象、大氣環境等觀測和冰芯記錄研究。研究表明，該地區過去幾十年冰川處于退縮狀態，近幾十年來退縮加劇，其主要原因是氣候變暖使冰雪融化增強，同時，降水也有一定程度的減少，這對揭示地球最高海拔區域的現代環境狀況和近期氣候變化很有意義。在他帶隊考察和指導下，課題組對珠峰冰芯草酸、NH4+、火山事件以及粉塵記錄開展了系統研究，揭示了印度季風、蒙古高壓、西風帶對該地區的影響；通過溫室氣體及其同位素確立了東絨布冰川的底部年代。揭示了過去數百年來冰芯記錄的氣候和大氣環境變化歷史，特別是人類排放大氣污染物的變化過程。
3)開創西部雪冰生物地球化學過程研究新領域。通過引進新方法，針對雪冰內保存完好的源區生物地球化學信息建立了技術分析系統,獲得了青藏高原雪冰中微量有機成分的記錄，搭建了冰川與生態環境研究的橋梁。他通過部署博士后工作，在天山和喜馬拉雅山、西昆侖地區開展了雪冰內生物有機酸如甲酸、乙酸、草酸的研究。此外，冰芯實驗室研究人員將該項研究拓展至大分子有機地球化學領域，如從高海拔雪冰中檢測出系列痕量類脂物分子，這些分子不僅靈敏地記錄了人類活動污染物，而且還詳細地反映了青藏高原的季風活動。系統開展了西部雪冰黑碳時空分布研究，并模擬了雪冰黑碳產生的輻射強迫。他部署開展寒區樹木年輪研究，尤其注重同位素樹木年輪學、樹輪與冰凍圈因子的關聯及其機理探討，形成獨具特色的寒區樹木年輪研究小組。
此外，他還主持編制了包含南北坡的喜馬拉雅山冰川資源圖，這是世界上第一冊完全版的喜馬拉雅山冰川圖，摸清了冰川家底。為國際學術界長期研究喜馬拉雅山冰川變化及其社會經濟影響奠定了基礎。他還積極推動西部冰川的遙感監測，完成了念青唐古拉山冰川的航測飛行。當前，采用遙感技術與地面考察相結合，組織推動開展我國第二次冰川編目工作。
（三）冰凍圈科學理論框架
鑒于冰芯記錄和冰雪現代過程在全球變化研究中的特殊作用及其研究中的高新技術手段發展迅速這一形勢，秦大河克服種種困難，于1991年高標準主持創建了冰芯研究實驗室。實驗室成員在青藏高原及其周邊地區鉆取了一系列冰芯，為使用冰芯重建高原千年、百年氣候記錄奠定了基礎。在南極，從中山站-Dome Ａ的斷面考察取得了系列成果，是國際ITASE計劃重要組成部分。實驗室還部署在生物地球化學循環、雪冰微生物、冰芯氣泡等方面開展了開創性工作。在十多年時間內，使中國起步較晚的冰芯研究活躍于國際科學舞臺上。
隨著學科的不斷發展，秦大河敏銳地意識到，將冰凍圈作為一個整體，并注重冰凍圈與其他圈層的相互作用，冰凍圈各組成部分的綜合集成研究才能進一步推動本學科的飛速發展。因此，在他的倡導和主持下，冰芯實驗室適時地對研究方向和側重點做出調整，從過去以冰芯研究為主，發展到研究冰凍圈物理、化學、生物地球化循環并舉，并且更加強調冰凍圈與地球系統其他圈層的相互作用，加強與國家需求、尤其是西部經濟社會可持續發展之間的聯系。2004年，實驗室更名為冰凍圈與環境重點實驗室。2007年成為國家重點實驗室時，在他的提議下，命名為“冰凍圈科學國家重點實驗室”。這是國際上首次在研究機構名稱中使用“冰凍圈科學”概念。不謀而合，4個月后在意大利舉行的IUGG會議上，成立了IUGG第八個委員會－冰凍圈科學國際聯合會（IACS），這也是在國際科學界首次使用“冰凍圈科學”一詞，說明實驗室在構建新的學科和發展方向上極富遠見和超前意識，及時順應了冰凍圈科學領域的國際發展趨勢。
進入21世紀，世界氣候研究計劃（WCRP）啟動氣候與冰凍圈計劃(CliC)．秦大河作為CliC科學指導委員會成員，率先在國際上成立了第一個CliC國家委員會-CNC/CliC，并向WCRP/CliC提交了中國CliC計劃和高亞洲冰凍圈研究計劃。秦大河提出從冰凍圈與水、冰凍圈與氣候、冰凍圈與生態以及冰凍圈變化的適應對策方面構建亞洲冰凍圈科學的理論框架，受到國際冰凍圈科學界的普遍認同。
（四）中國氣候與環境變化科學評估
西部大開發戰略是鄧小平理論與實踐的重要組成部分。大開發戰略的實施與中國科學院知識創新工程的實施基本上是同步的，中國科學院適時提出“西部行動計劃”，目的在于配合國家戰略進行基礎性、戰略性和前瞻性的研究，為中央決策提供科學依據。秦大河組織實施“西部生態環境演變規律與水土資源可持續利用研究”重大項目，在西部地區布設典型生態環境建設試驗示范區，加強現代過程監測、歷史演化研究和預測、預估和評估工作，并利用中國科學院在高新技術方面的優勢，組織力量對適合西部地區的高新技術進行開發、集成組裝、試驗示范和推廣。
秦大河認為，西部大開發戰略需站在我國現代化建設全局和長遠發展的高度，其戰略和方針必須建立在正確的科學認識和結論之上。因此，摸清自然與社會相互作用的人地關系非常緊迫。秦大河組織全國70多位優秀科學家，借鑒國際研究規范，從自然、人文和社會等多學科入手，采用權威結論和數據，綜合分析、評估了中國西部環境特征及其演變，在闡明規律的基礎上，使用若干全球和區域氣候模式以及統計方法進行分析，預測了中國西部生態環境變化和社會經濟發展趨勢，提出了適應與減緩方略。其科學結論在決策層和科學界產生了很大影響。
其后，秦大河擔任IPCC第四次評估報告第一工作組聯合主席，在他主持下，國內氣候與環境演變的評估工作同步啟動，將之前的西部評估工作推向全國。《中國氣候與環境演變》評估工作為我國第一部《中國氣候變化國家報告》的出臺奠定了科學基礎。基于對中國氣候與環境變化科學事實的認識，評估報告對氣候變化的影響，如對生態系統、農業、水資源、重大工程的影響等方面進行了論述；并從冰凍圈、生態系統、土地退化、工業、交通、服務業、城市與生活等幾個方面進行了氣候影響的利弊分析。評估了氣候變化對我國可持續發展的影響，提出了氣候變化的適應與減緩對策。
作為全國政協人口資源環境委員會副主任和中國科學院地學部主任，2008年起，秦大河牽頭組織調研組赴三江源、三峽、白洋淀等地區進行了專題調研，提出了應對氣候變化、綜合治理的科學方案與政策建議，發表《氣候變化：區域應對與防災減災》。他組織召開“關注氣候變化：挑戰、機遇與行動”論壇，提出《積極應對氣候變化若干建議》報送中央政府；組織了生態文明貴陽會議科學家論壇，達成“貴陽共識”；他還在科技界和政府高層積極呼吁盡早開展國家應對氣候變化立法工作。
秦大河一貫秉持“自然科學基礎-社會經濟需求-國家戰略”這樣一種治學思想。他創建并任主編的《氣候變化研究進展》一刊， 堅持“氣候變化-影響-適應與減緩措施-環境外交”的辦刊理念，作者和讀者群面向自然科學家、經濟社會學家和各級決策者，積極推動著我國氣候變化科學的發展，為決策者提供適時的科學依據。2005年創刊至今在短短數年內，影響廣泛，已成為國內重要核心刊物之一。
當前，秦大河在擔任IPCC第五次評估報告第一工作組聯合主席的同時，在國內主持《中國的氣候與環境：2012》科學報告和新一次《中國氣候變化國家報告》的評估工作。
