研发卫星遥感、摄影测量和空间信息技术，精密估计和预测地球系统各个圈层及相互间的变化。聚焦地球三极变化和重大灾害监测，探索极地冰盖和山地冰川物质流失、全球海平面上升、冰冻圈环境变化及地质灾害等关键过程的变化机制。研发了1960年代早期卫星影像的现代化摄影测量几何处理新方法，研制了首幅1960s-1980s年代东南极冰盖表面流速图；研发和完善了极地物质平衡估算的三种主要方法，获得了近百年地冰层物质变化量和相应的海平面贡献量；成功应用我国国产卫星监测冰架的裂隙发展、崩解等过程，预测长期趋势；获得了南极遥感接地线、海岸线和DEM等三种数据产品的评估结果；构建了新型光子测高卫星ICESat-2的南极冰盖“空-地”协同精度验证系统，实施了东南极冰盖边缘-内陆的测高精度协同验证；多次参加极地考察，与中国极地研究中心合作，建立了南极物质平衡监测现场观测系统，包括多个南极内陆冰盖SAR卫星角反射器、激光棱镜阵列、光子反射表面、主被动微波地标、光学和雷达无人机等。基于重力估算了格陵兰冰盖的物质平衡变化，发现格陵兰冰盖东南部及西部边缘存在严重的质量损失；基于遥感观测与物理模型，在青藏高原地区开展了多年冻土范围变化监测与冻土活动层厚度反演与验证等研究，为分析冻土地表过程、脆弱生态环境影响和“一带一路”建设研究提供了数据支撑。