無人機作業特點是快速、靈活，尤其是在一些惡劣的環境和條件下，比如獲取海洋、青藏高原、無人區的氣象資料，無人機的優勢就比較突出。

具體來說，無人機可應用于海洋臺風探測、高原、無人區強對流天氣觀測，臺風探測，人工影響天氣以及邊界層（氣溶膠、大氣垂直廓線）探測，災害監測、調查及生態監測等領域。

以臺風預報為例，近20年來，臺風路徑預報準確率明顯提高，但強度預報改進緩慢，主要是影響我國的近海臺風目標敏感區缺少探測手段和觀測資料。目前，我國臺風觀測以衛星為主，嚴重缺乏空基和海基的精細化觀測。此外，我國海洋觀測系統建設處于初級階段，遠海觀測極度缺乏，洋面海氣交換觀測資料稀缺，限制了對臺風發生發展及能量交換的認知。

青藏高原處于我國天氣系統上游，其天氣氣候變化影響著我國乃至世界的天氣和氣候。然而，在青藏高原尤其是無人區建站和維護極為困難，因此需要無人機等新型空基觀測平臺來彌補觀測的不足。

在人工影響天氣及云探測領域，無人機可為云中作業播撒提供平臺，提高播撒的科學性和播撒效果。例如，新疆維吾爾自治區人影辦與西安愛生技術集團合作，采用愛生ASN-209無人機系統平臺搭載中天火箭機載播撒系統，直接進入云層中進行播撒作業，此為國內首次在人工增雨領域實現無人機應用。

我國對強對流云的探測幾乎是空白的，因而限制了對強對流云形成災害性天氣機理的認識，致使強對流災害性天氣的預報準確率較低。近些年，霧霾成為新的環境問題，由于大氣垂直觀測資料匱乏，影響了對霧霾發生發展及形成、消散機理的認識。這些領域都是無人機大有可為之處。此外，氣象部門還利用無人機對森林火災、洪澇、湖泊藍藻、土地利用、土壤沙化、草原生態等進行監測。

目前，我國已經形成集空基、地基和天基于一體的大氣探測體系，但是，無論是衛星、雷達還是地面自動站，在觀測方面都存在一些不足之處。無人機的應用可以彌補衛星觀測在精度上的不足，還可以作為衛星觀測的校驗手段。