在大气圈中,低层大气与人类活动关系最为密切,大气颗粒物的化学组分信息对阐明其气候和环境效应具有十分重要的意义。目前对于低层大气颗粒物化学组成的垂直观测和研究相对比较薄弱,主要受采样平台、颗粒物采样器和成分分析采样量的限制。本研究搭建了两套无人机颗粒物采样系统,将无人机采样和单颗粒分析技术相结合,解决上述限制问题。其中一套是基于现有分级撞击式采样器的多通道颗粒物采样系统,通过远程控制可采集不同粒径区间的单颗粒样品;另一套是基于自主设计的多样品位采样器,总重量仅2.2kg,切割粒径（d50）为0.5 μm,采样流量4.2 L/min,可通过远程控制采集高时空分辨率的单颗粒样品。本研究于2019年在厦门市和深圳市进行外场观测对两套采样系统进行测试验证;设计和执行了垂直高分辨率航次、水平高分辨率航次、垂直日变化航次和双无人机联合观测航次等不同类型的观测应用。本研究利用扫描电镜/X-射线能谱仪联用技术,对不同航次的每个样品进行1000-2000个单颗粒物分析,获取具有统计学意义的颗粒物元素相对含量等信息。结果表明,两套采样系统均可利用无人机搭载用于大气颗粒物采样且样品量能满足单颗粒化学组分分析要求。本研究成功应用无人机颗粒物采样和单颗粒物分析技术获取了厦门和深圳观测点低层大气单颗粒形貌特征和元素组成信息。基于多通道颗粒物采样系统的垂直观测表明观测期间两个采样点大于1 μm的颗粒物以海盐为主,小于1 μm的以含硫颗粒物为主。基于多样品位颗粒物采样系统实现了高度500m、30m分辨率的垂直高分辨率观测。海陆界面的水平观测表明沿海大气颗粒物组分受到陆源和海源不同程度的影响。大气垂直日变化观测表明观测期间含硫颗粒物和海盐颗粒物含量日变化较显著。双无人机联合观测表明深圳杨梅坑站点和梯度塔站点颗粒物分类占比差异不显著,但海盐颗粒物存在不同程度的氯亏损现象。本研究初步验证了自主研发的两套基于无人机的颗粒物采样系统可用于大气垂直观测,可进一步在颗粒物的传输老化、局部污染、生物质燃烧以及沙尘等特殊场景或过程等方面进行应用。