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程海教授發展了國際先進水平的U-Th質譜測量技術，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系，為不同氣候系統之間氣候變化的精確對比提供了重要的年代尺標，成為理解全球氣候變化的重要基礎之一。程海教授發表SCI論文三百多篇，其中二十多篇發表在Science和Nature上。程海教授于2016年以Article形式在Nature雜志上發表論文，將亞洲季風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動，該研究成果所歸屬項目榮獲2016年度中國高等學校十大科技進展。

程海教授為自然科學基金委2003年“海外杰青”，2014被陜西省政府授予“三秦友誼獎”，2015年當選國際地球化學協會和歐洲地球化學協會會士，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者中唯一來自地學領域的科學家。并入選湯森路透“全球高被引科學家”(2014-2016)、愛思唯爾“中國高被引學者”(2015，2016)。

美國地球物理聯盟(American Geophysical Union，簡稱AGU)是全球最大的地球科學學術組織，成立于1919年，為非營利性的國際科學組織，目前全球會員6萬余人。主要包含四大領域：大氣和海洋科學、固體地球科學、水文學和太空科學。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領域中做出杰出貢獻的科學家，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人當選AGU Fellow。