本发明涉及一种无人机气象观测系统，包括第一复合翼无人机气象观测子系统、第二复合翼无人机气象观测子系统、多旋翼无人机气象观测子系统和数据中心，每个气象观测子系统都具有飞行器、传感器分系统、指挥控制平台分系统和综合保障平台分系统。其是基于多种组合及观测方式的无人机观测系统，能实现受灾地区的高清分辨率探测，弥补现有卫星遥感在防灾减灾方面的不足，更高效地发挥气象在防灾减灾方面的效益；实现不同地形地貌及气候带上的生态气象遥感监测，实现陆表生态系统观测和评估工作，为黄土高原水土流失、秦岭水涵养地等生态文明建设提供指导依据；实现卫星地面产品真实性校验；实现边界层气象环境监测，开展边界层雾霾研究。