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程海教授發(fā)展了國際先進水平的U-Th質(zhì)譜測量技術(shù)，建立了多種時間尺度的高分辨率和精確定年的石筍同位素記錄及其與全球氣候變化之間的對比關(guān)系，為不同氣候系統(tǒng)之間氣候變化的精確對比提供了重要的年代尺標(biāo)，成為理解全球氣候變化的重要基礎(chǔ)之一。程海教授發(fā)表SCI論文三百多篇，其中二十多篇發(fā)表在Science和Nature上。程海教授于2016年以Article形式在Nature雜志上發(fā)表論文，將亞洲季風(fēng)的洞穴石筍氧同位素記錄延伸至過去64萬年，即U-Th測年方法的年齡上限，證實了過去七次主要冰期終止是由歲差引起的太陽輻射變化驅(qū)動，該研究成果所歸屬項目榮獲2016年度中國高等學(xué)校十大科技進展。

程海教授為自然科學(xué)基金委2003年“海外杰青”，2014被陜西省政府授予“三秦友誼獎”，2015年當(dāng)選國際地球化學(xué)協(xié)會和歐洲地球化學(xué)協(xié)會會士，并于2014年獲首屆“湯森路透中國引文桂冠獎–高被引科學(xué)家獎”;首屆“湯森路透中國引文桂冠獎–最具國際引文影響力獎”，是目前為止獲得該獎?wù)咧形ㄒ粊碜缘貙W(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家。并入選湯森路透“全球高被引科學(xué)家”(2014-2016)、愛思唯爾“中國高被引學(xué)者”(2015，2016)。

美國地球物理聯(lián)盟(American Geophysical Union，簡稱AGU)是全球最大的地球科學(xué)學(xué)術(shù)組織，成立于1919年，為非營利性的國際科學(xué)組織，目前全球會員6萬余人。主要包含四大領(lǐng)域：大氣和海洋科學(xué)、固體地球科學(xué)、水文學(xué)和太空科學(xué)。自1962年起，AGU從會員中選出杰出者為會士(Fellow)，以表彰他們在地球和太空科學(xué)領(lǐng)域中做出杰出貢獻的科學(xué)家，每年只有不超過千分之一的會員可以獲得這項榮譽。2017年全球共60人當(dāng)選AGU Fellow。