水环境遥感时空分辨率是伴随着水环境时空变异尺度产生的，其对应了水环境遥感监测的两个关键问题:①采用何种空间尺度/空间分辨率可以最优地表征水环境的空间变化信息；②最佳的时间分辨率(观测频次和观测时刻)如何确定。遥感的尺度问题是伴随着地表的空间异质性产生的，“美国地理遥感之父”Simonett教授在1970年代末期，就指出“尺度问题是遥感科学的核心问题”(李小文和王祎婷，2013)。根据地学现象的尺度本身出发选择最佳空间分辨率(optimal scale)的遥感数据，研究不同遥感影像空间分辨率之间的定量对应关系，是非常有现实意义的。目前已有的最优尺度选择方法主要包括基于局部方差的方法(Woodcock，Strahler and Jupp，1988；Woodcock and Strahler，1987)、基于变异函数(Variogram)的方法(Atkinson and Curran，1997；Atkinson and Curran，1995)。且目前的尺度效应研究领域多集中于陆表生态过程遥感监测，如土壤水分变化(Entin et al.，2000)、植被生长状况(Stellmes et al.，2010)、土地利用/土地变化(Ju，Gopal and Kolaczyk，2005)、森林生态系统监测(Treitz and Howarth，2000)等。而水环境定量遥感监测中的尺度效应目前还鲜有研究。水环境物理及生物化学过程发生的空间尺度从千米到毫米级不等(Bissett et al.，2004)，而时间尺度则跨越小时到月、年甚至更长(图1-1)。遥感监测必须能够有效地捕捉到典型水环境要素(如叶绿素，悬浮物浓度，黄色物质等)的时空变异信息，尤其是针对近岸及内陆湖泊区域，水体环境变化剧烈，亟须有效地平衡监测需求与传感器发展的技术、资金等限制(Aurin，Mannino and Franz，2013；Olmanson，Brezonik and Bauer，2011；Davis et al.，2007)，其基础研究在于考虑水环境信息时空变化尺度的最优化的时间、空间分辨率以及空间覆盖范围。而前已有的水环境遥感监测研究多集中于水色参数的各类反演算法，而针对时空尺度的研究还较为鲜见。Lee等(Lee，Hu et al.，2012)研究了亚像元级变化对水色产品的影响，认为由于空间分辨率的降低，引起了对水环境遥感产品的低估。Doney等(Doney et al.，2003)以Seawifs水色遥感产品为基础，分析了大范围尺度的水环境要素空间格局与尺度；Saulquin等(Saulquin，Gohin and Garrello，2011)则以空间变异研究为基础，开发了一种多空间分辨率水色遥感数据融合方法。

图1-1　遥感时空分辨率与近岸/内陆水环境变化过程尺度差异(Mouw et al.)

在遥感时间尺度研究方面，国际水色协调组织(International Ocean Colour Coordinating Group，IOCCG)推荐针对典型的内陆湖泊和近岸高动态水体，水色遥感卫星的时间尺度/重访周期至少需要每天一次(IOCCG，2000)。但是受到云、天气等因素的影响，当前情况下，单颗水色卫星一天的空间覆盖范围仅为整个大洋的15 %，重复观测4天仍仅能覆盖整个大洋的40 %(IOCCG，1999)。在鄱阳湖已有的研究也证明，针对单颗Terra/MODIS或者Aqua/MODIS，其时间覆盖比率最低在10%(每月)，尤其是在雨季受天气影响非常严重(图1-2)。然而根据已有的研究，近岸和内陆水环境存在典型的日内变异特征。Lee等人使用地球同步卫星GOCI的高频次观测结果表明，太湖的浮游植物和生物量存在典型的日内变化，传统的极轨水色卫星如MODIS无法满足对其动态特征的捕捉(Lee，Jiang et al.，2012)，Lou等人针对中国东海的监测分析也论证了类似的结论(Lou and Hu，2014)。同样，对水体浑浊度(turbidity)和透光层深度(light attenuation)的分析结果也表明了显著的日内动态变化的特征，传统的现场采样和水色遥感卫星监测这种高动态变化的能力十分有限(He et al.，2013；Neukermans，Ruddick and Greenwood，2012)。因此，地球同步静止卫星的高频次观测的能力越来越受到水色遥感的关注，IOCCG也将同步地球卫星的需求和发展计划列入了水色遥感报告的关键问题(IOCCG，2012，2013)。随着全球第一颗地球同步水色卫星——韩国Geostationary Ocean Color Imager(GOCI，Korea，2010—present)(Choi et al.，2012)的成功发射和有效应用，以及欧空局同步气象卫星Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager(SEVII，ESA，2012—present)在水环境监测中的研究(Vanhellemont，Neukermans and Ruddick，2014)，地球同步卫星的高频次观测的能力及水环境监测的需求，促进了各国对区域性同步卫星的发展。美国的沿海和空气污染地球静止卫星探测项目the Geostationary Coastal and Air Pollution Events(GEO-CAPE，NASA，in preparation)(Pahlevan，Lee，Hu et al.，2014)已列入NASA发射规划之中，以提高对沿海大气和水环境的监测能力。我国也已将高分辨率对地观测工程列为国家中长期科技发展规划中的16个重大发展专项之一，已于2015年12月实现高时空频次的对地环境监测(https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/g/gaofen-1)。(www.daowen.com)

图1-2　鄱阳湖卫星有效时间覆盖率统计

综上所述，虽然时空尺度研究在水环境定量遥感领域得到了初步开展，但仍缺乏系统性的水环境定量遥感最优化时空尺度分析研究，以及不同空间尺度定量遥感数据和产品的转换为误差分析研究，尤其是针对高动态的近岸/内陆水环境应用，随着多源遥感传感器的快速发展，亟须开展该领域的深入探索。