Ứng dụng viễn thám trong môi trường biển đồng nghĩa với việc phải đối mặt với những khó khăn và thử thách đặc thù. Cụ thể, có bốn thách thức cơ bản sau: (1) môi trường biển thường biến động và sự thay đổi liên tục diễn ra trong ngày (v.d. thủy triều, các yếu tố hải dương học di động); (2) các hoạt động viễn thám chỉ thu được thông tin trên bề mặt tuy nhiên quá trình lý sinh học tương tác xảy ra trên toàn bộ cột nước; (3) các thực thể sinh học cần quan sát thường di động và bị ảnh hưởng bởi môi trường vật lý; (4) các thang đo thời gian cần thiết dùng để mô tả các đặc tính của hệ sinh thái biển thường không khớp với các chu kì thu thập dữ liệu viễn thám.
Ứng dụng viễn thám trong môi trường biển thường được dùng để phân tích các yếu tố sinh lý học, nhằm khái quát các quá trình sinh thái. Các yếu tố địa sinh học trong dữ liệu về hải dương là kết quả của nhiều quá trình tương tác lẫn nhau (v.d. dòng chảy mặt đất, các khối nước tác động lên nhau, các chuyển động dinh dưỡng mạnh mẽ, cấu trúc độ sâu dưới bề mặt, v.v.). Thông thường, để phân tích các quá trình bao gồm các yếu tố sinh lý, ta cần kết hợp các nền tảng và phương pháp viễn thám khác nhau. Giả sử, đối với hệ thống các dòng chảy, hệ thống quan sát đa dạng sinh học biển sẽ đáng tin cậy nhất nếu như áp dụng cả phương pháp viễn thám và đo đạc tại chỗ. Ví dụ, việc xây dựng mô hình mà dữ liệu bao gồm thói quen kiếm ăn của một loài cá voi để xác định vị trí địa lý loài cá đó có khả năng sinh sống (việc này sẽ có ích, ví dụ như, trong việc xây dựng lại hệ thống giao thông đường biển) sẽ yêu cầu nhiều dữ liệu vị trí (bằng cách khảo sát trên không và/hoặc bằng tàu, hoặc dữ liệu định vị GPS), cũng như dữ liệu viễn thám. Dữ liệu vị trí sẽ cung cấp các dữ liệu tham chiếu địa lý để xác định những nơi nào loài cá voi đã xuất hiện, còn dữ liệu viễn thám sẽ đưa ra các thông tin về điều kiện lý sinh học của biển phù hợp với loài cá đó. Các thiếu sót trong quá trình quan sát có thể xảy ra (v.d. các hình ảnh viễn thám bị mây che), và có thể làm giảm các quan sát và phức tạp quá trình xử lý để xây dựng mô hình. Tuy nhiên, thu thập các quan sát mới không phải lúc nào cũng cần thiết, khi mà cơ sở dữ liệu, bao gồm các loài sinh vật biển hiện có, có thể được sử dụng như một cơ sở để xây dựng các mô hình cho sự phân bố loài nói trên. Ví dụ, một trong như cơ sở dữ liệu về sinh vật biển là Hệ Thống Thông Tin Sinh Học Đại Dương (OBIS) với hàng triệu hồ sơ được thu thập cho phép truy câp qua trang web (http://www.iobis.org/).
Bản đồ hệ sinh thái biển điển hình vùng cửa sông Đồng Nai năm 2011
Các yếu tố sinh thái và sự phân bố các loài thường đáp ứng với các quá trình lý sinh học theo quy mô không gian và thời gian khác nhau. Những yếu tố có quy mô đại dương thường được phân tích bằng các dữ liệu ghi lại theo mùa, được thu thập qua nhiều năm, thậm chí nhiều thập kỉ, với một độ phân giải không gian tương đối thấp (v.d. > 1km). Những phân tích có quy mô lớn này thường đi kèm với yêu cầu xử lý các quan sát viễn thám tương ứng về các đặc điểm hải dương học, ví dụ như nhiệt độ mặt biển (SST), màu biển (sắc tố diệp lục – a) và độ cao mặt biển (SSH), hoặc các biến số xuất phát như sắc thái, và động năng.
Việc xây dựng các yếu tố khí hậu như thế cho phép thu được và chọn lọc nhiều quan sát qua nhiều giai đoạn thời gian, do đó có thể giảm thiểu sai số dữ liệu. Ngược lại, những quan sát hình thái sinh thái hay điều kiện môi trường sống có quy mô lớn đòi hỏi những quan sát tức thời hoặc quan sát theo một chuỗi thời gian (v.d. giám sát môi trường sống rạn san hô đáy, tảo nở hoa có hại, quá trình sinh sản, v.v) ở tần suất lấy mẫu và độ phân giải không gian cao hơn. Những đặc điểm sinh thái phù du như vậy yêu cầu các quan sát viễn thám liên quan mật thiết đến thời điểm thích hợp.
CEID
