（二）中国西部雪冰气候及生物地球化学现代过程研究中国是冰川大国，青藏高原及其周边高海拔地区广泛发育的山地冰川一方面是宝贵的淡水资源，另一方面，其储存的气候和环境纪录是研究环境变化的宝贵信息源。从1990’s年代开始，秦大河带领研究团队，针对雪冰代用指标的适用性，全面开展了现代过程观测研究。雪冰表面气溶胶从气-雪-冰传输过程是解释冰芯记录的基础。秦大河部署了天山、珠穆朗玛峰冰川上的定位观测研究。证明了代用指标的适用性。形成了一支具有国际影响的研究队伍，取得了一系列重要成果，可概括为以下几个方面：
1)通过降水和雪层中δ18O与温度的相关性研究、大气气溶胶和雪层中离子浓度对比研究、雪层中融水渗透对不同物质成分浓度的影响的实验观测，论证了我国西部山地冰芯中气候环境指标的适用性。
2)在珠穆朗玛峰地区开展冰川变化、气象、大气环境等观测和冰芯记录研究。研究表明，该地区过去几十年冰川处于退缩状态，近几十年来退缩加剧，其主要原因是气候变暖使冰雪融化增强，同时，降水也有一定程度的减少，这对揭示地球最高海拔区域的现代环境状况和近期气候变化很有意义。在他带队考察和指导下，课题组对珠峰冰芯草酸、NH4+、火山事件以及粉尘记录开展了系统研究，揭示了印度季风、蒙古高压、西风带对该地区的影响；通过温室气体及其同位素确立了东绒布冰川的底部年代。揭示了过去数百年来冰芯记录的气候和大气环境变化历史，特别是人类排放大气污染物的变化过程。
3)开创西部雪冰生物地球化学过程研究新领域。通过引进新方法，针对雪冰内保存完好的源区生物地球化学信息建立了技术分析系统,获得了青藏高原雪冰中微量有机成分的记录，搭建了冰川与生态环境研究的桥梁。他通过部署博士后工作，在天山和喜马拉雅山、西昆仑地区开展了雪冰内生物有机酸如甲酸、乙酸、草酸的研究。此外，冰芯实验室研究人员将该项研究拓展至大分子有机地球化学领域，如从高海拔雪冰中检测出系列痕量类脂物分子，这些分子不仅灵敏地记录了人类活动污染物，而且还详细地反映了青藏高原的季风活动。系统开展了西部雪冰黑碳时空分布研究，并模拟了雪冰黑碳产生的辐射强迫。他部署开展寒区树木年轮研究，尤其注重同位素树木年轮学、树轮与冰冻圈因子的关联及其机理探讨，形成独具特色的寒区树木年轮研究小组。
此外，他还主持编制了包含南北坡的喜马拉雅山冰川资源图，这是世界上第一册完全版的喜马拉雅山冰川图，摸清了冰川家底。为国际学术界长期研究喜马拉雅山冰川变化及其社会经济影响奠定了基础。他还积极推动西部冰川的遥感监测，完成了念青唐古拉山冰川的航测飞行。当前，采用遥感技术与地面考察相结合，组织推动开展我国第二次冰川编目工作。
（三）冰冻圈科学理论框架
鉴于冰芯记录和冰雪现代过程在全球变化研究中的特殊作用及其研究中的高新技术手段发展迅速这一形势，秦大河克服种种困难，于1991年高标准主持创建了冰芯研究实验室。实验室成员在青藏高原及其周边地区钻取了一系列冰芯，为使用冰芯重建高原千年、百年气候记录奠定了基础。在南极，从中山站-Dome Ａ的断面考察取得了系列成果，是国际ITASE计划重要组成部分。实验室还部署在生物地球化学循环、雪冰微生物、冰芯气泡等方面开展了开创性工作。在十多年时间内，使中国起步较晚的冰芯研究活跃于国际科学舞台上。
随着学科的不断发展，秦大河敏锐地意识到，将冰冻圈作为一个整体，并注重冰冻圈与其他圈层的相互作用，冰冻圈各组成部分的综合集成研究才能进一步推动本学科的飞速发展。因此，在他的倡导和主持下，冰芯实验室适时地对研究方向和侧重点做出调整，从过去以冰芯研究为主，发展到研究冰冻圈物理、化学、生物地球化循环并举，并且更加强调冰冻圈与地球系统其他圈层的相互作用，加强与国家需求、尤其是西部经济社会可持续发展之间的联系。2004年，实验室更名为冰冻圈与环境重点实验室。2007年成为国家重点实验室时，在他的提议下，命名为“冰冻圈科学国家重点实验室”。这是国际上首次在研究机构名称中使用“冰冻圈科学”概念。不谋而合，4个月后在意大利举行的IUGG会议上，成立了IUGG第八个委员会－冰冻圈科学国际联合会（IACS），这也是在国际科学界首次使用“冰冻圈科学”一词，说明实验室在构建新的学科和发展方向上极富远见和超前意识，及时顺应了冰冻圈科学领域的国际发展趋势。
进入21世纪，世界气候研究计划（WCRP）启动气候与冰冻圈计划(CliC)．秦大河作为CliC科学指导委员会成员，率先在国际上成立了第一个CliC国家委员会-CNC/CliC，并向WCRP/CliC提交了中国CliC计划和高亚洲冰冻圈研究计划。秦大河提出从冰冻圈与水、冰冻圈与气候、冰冻圈与生态以及冰冻圈变化的适应对策方面构建亚洲冰冻圈科学的理论框架，受到国际冰冻圈科学界的普遍认同。
（四）中国气候与环境变化科学评估
西部大开发战略是邓小平理论与实践的重要组成部分。大开发战略的实施与中国科学院知识创新工程的实施基本上是同步的，中国科学院适时提出“西部行动计划”，目的在于配合国家战略进行基础性、战略性和前瞻性的研究，为中央决策提供科学依据。秦大河组织实施“西部生态环境演变规律与水土资源可持续利用研究”重大项目，在西部地区布设典型生态环境建设试验示范区，加强现代过程监测、历史演化研究和预测、预估和评估工作，并利用中国科学院在高新技术方面的优势，组织力量对适合西部地区的高新技术进行开发、集成组装、试验示范和推广。
秦大河认为，西部大开发战略需站在我国现代化建设全局和长远发展的高度，其战略和方针必须建立在正确的科学认识和结论之上。因此，摸清自然与社会相互作用的人地关系非常紧迫。秦大河组织全国70多位优秀科学家，借鉴国际研究规范，从自然、人文和社会等多学科入手，采用权威结论和数据，综合分析、评估了中国西部环境特征及其演变，在阐明规律的基础上，使用若干全球和区域气候模式以及统计方法进行分析，预测了中国西部生态环境变化和社会经济发展趋势，提出了适应与减缓方略。其科学结论在决策层和科学界产生了很大影响。
其后，秦大河担任IPCC第四次评估报告第一工作组联合主席，在他主持下，国内气候与环境演变的评估工作同步启动，将之前的西部评估工作推向全国。《中国气候与环境演变》评估工作为我国第一部《中国气候变化国家报告》的出台奠定了科学基础。基于对中国气候与环境变化科学事实的认识，评估报告对气候变化的影响，如对生态系统、农业、水资源、重大工程的影响等方面进行了论述；并从冰冻圈、生态系统、土地退化、工业、交通、服务业、城市与生活等几个方面进行了气候影响的利弊分析。评估了气候变化对我国可持续发展的影响，提出了气候变化的适应与减缓对策。
作为全国政协人口资源环境委员会副主任和中国科学院地学部主任，2008年起，秦大河牵头组织调研组赴三江源、三峡、白洋淀等地区进行了专题调研，提出了应对气候变化、综合治理的科学方案与政策建议，发表《气候变化：区域应对与防灾减灾》。他组织召开“关注气候变化：挑战、机遇与行动”论坛，提出《积极应对气候变化若干建议》报送中央政府；组织了生态文明贵阳会议科学家论坛，达成“贵阳共识”；他还在科技界和政府高层积极呼吁尽早开展国家应对气候变化立法工作。
秦大河一贯秉持“自然科学基础-社会经济需求-国家战略”这样一种治学思想。他创建并任主编的《气候变化研究进展》一刊， 坚持“气候变化-影响-适应与减缓措施-环境外交”的办刊理念，作者和读者群面向自然科学家、经济社会学家和各级决策者，积极推动着我国气候变化科学的发展，为决策者提供适时的科学依据。2005年创刊至今在短短数年内，影响广泛，已成为国内重要核心刊物之一。
当前，秦大河在担任IPCC第五次评估报告第一工作组联合主席的同时，在国内主持《中国的气候与环境：2012》科学报告和新一次《中国气候变化国家报告》的评估工作。
