本发明提供一种基于地表过程建模的遥感图像时空超分辨率方法，涉及遥感图像处理技术领域，方法包括：对低分辨率地表遥感影像进行基于时间与基于空间的插值处理，得到插值地表遥感影像，并构建用于描述地表时空变化的控制方程，并采用LASSO回归方式对控制方程进行求解，得到用于计算高分辨率预测影像的微分方程，最后根据微分方程计算出指定时间与空间位置的高分辨率预测影像，并在高分辨率预测影像中融入插值地表遥感影像的空间细节特征，得到超分辨率地表遥感影像。通过本申请，克服现有技术中在解决遥感图像的空间和时间分辨率限制时，使用传统插值方法和学习方法存在局限性的缺陷。