Der erste Schritt zur Vorhersage des wahrscheinlichen Auftretens von Tornados besteht in der Ermittlung von Regionen, in denen die Bedingungen für die Entwicklung starker Gewitter günstig sind. Wesentliche Bestandteile für das Auftreten solcher Gewitter sind kühle, trockene Luft in mittleren Höhen der Troposphäre, die eine Schicht feuchter, bedingt instabiler Luft nahe der Oberfläche überlagert.

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Die Bedingungen, die gewöhnlich zur Entstehung von Gewittern führen, liegen auf der warmen Seite der Grenzlinie oder Front, die kalte, trockene Luft von warmer, feuchter Luft trennt. Der Grad der Instabilität in der Atmosphäre wird durch die Temperatur- und Feuchtigkeitskontraste entlang der Grenzlinie, die die beiden Luftmassen voneinander trennt, näherungsweise bestimmt. Damit ein Sturm Tornados erzeugen kann, müssen weitere Faktoren vorhanden sein. Der wichtigste dieser Faktoren ist ein drehendes Windprofil (d. h. eine zunehmende Verschiebung des Windes im Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel und gegen den Uhrzeigersinn auf der Südhalbkugel mit zunehmender Höhe) in niedrigen und mittleren Höhen sowie starke Winde in hohen Höhen. Beide Winde sind notwendig, um den erforderlichen Wirbel in der Luft zu erzeugen, der schließlich in einem Tornado kulminieren kann. Ein drehendes Windprofil kann durch dieselben starken Temperaturkontraste erzeugt werden, die auch das Gewitter antreiben, und Winde in großer Höhe können durch den Jetstream erzeugt werden, das dünne Band von Hochgeschwindigkeitsluft in der oberen Hälfte der Troposphäre.

Für die Entstehung eines Tornados muss die diffuse Rotation auf ein kleines Gebiet konzentriert werden, da ein sich entwickelnder Sturm mehrere verschiedene Entwicklungsstadien durchläuft. Das erste Auftreten von Rotation in einem Sturm wird durch die Wechselwirkung eines starken, anhaltenden Aufwinds mit den Winden verursacht, die durch den Sturm und um ihn herum wehen. Die Rotation verstärkt sich, wenn die Windgeschwindigkeit zunimmt und sich die Windrichtung mit zunehmender Höhe in der unteren Troposphärenhälfte von Südost nach Süd und dann (auf der Nordhalbkugel) nach West dreht.

Vorhersager in den Vereinigten Staaten haben gelernt, das Windprofil in instabilen Regionen sorgfältig zu beobachten und abzuschätzen, wie sich die Temperaturen und Winde im Laufe eines Tages entwickeln werden, während sie gleichzeitig die Bewegung und Intensität des Jetstreams verfolgen. Mit Hilfe moderner Beobachtungssysteme wie vertikal ausgerichteten Radargeräten (so genannten Windprofilern) und bildgebenden Systemen auf Satelliten, die den Fluss von Wasserdampf durch die Erdatmosphäre messen können, können die Meteorologen in der Regel ein bis sieben Stunden im Voraus erkennen, wo die Bedingungen für die Bildung von Tornados günstig sind. Diese Informationen werden in Form einer Tornadowarnung an die Öffentlichkeit weitergegeben. Eine Tornadowarnung wird herausgegeben, wenn ein Tornado entweder visuell oder auf einem Wetterradar gesichtet wurde.

Sobald sich starke Gewitter bilden, überwachen die lokalen Büros des National Weather Service ihre Entwicklung mit Hilfe von Bildern, die von Satellitensensoren und vor allem von Radargeräten stammen. Diese ermöglichen es den Meteorologen, die Entwicklung der Gewitter zu verfolgen und ihre Intensität abzuschätzen. In der Vergangenheit lieferten die Wetterüberwachungsradare nur Informationen über die Niederschlagsintensität innerhalb der Stürme. Die Meteorologen mussten dann anhand von Indizien auf den Beginn der Rotation innerhalb des Aufwinds eines Sturms schließen, etwa wenn der Niederschlag begann, sich um den Aufwind zu winden, um ein Hakenecho“ zu erzeugen, eine hakenförmige Niederschlagsregion, die aus dem Hauptsturm herausfließt und sich um den Aufwind wickelt. Solche Schlussfolgerungen waren sehr subjektiv und führten häufig zu Fehlalarmen oder sehr kurzfristigen Warnungen. Heute liefern moderne Wetterüberwachungsradare nicht nur Informationen über die Niederschlagsintensität eines Gewitters, sondern nutzen auch das Doppler-Prinzip, um die Winde innerhalb von Gewittern zu erfassen. Die Windgeschwindigkeiten werden anhand von Radiowellen ermittelt, die von Regentropfen und anderen vom Wind mitgeführten Partikeln reflektiert werden.

Doppler-Radargeräte können die Rotation im Aufwind messen und ermöglichen es den Meteorologen, die Bildung einer Mesozyklone (d.h. einer Region rotierender Luft innerhalb eines Gewitters) zu beobachten. Auf dem Doppler-Radar wird das Vorhandensein einer gut organisierten Mesozyklone durch eine kleine Region mit konzentrierter Scherung im Wind angezeigt. Auf der einen Seite der Mesozyklone strömen die rotierenden Winde auf das Radar zu, auf der anderen Seite bewegen sie sich davon weg. In einigen Fällen kann die Bildung des Tornadokerns erkannt werden. Der Tornadokern ist eine etwa zylindrische Region mit niedrigerem Luftdruck, die von den maximalen tangentialen Winden (den schnellsten Winden, die um das Zentrum des Tornados zirkulieren) begrenzt wird. Die Radaranzeige der intensiven, konzentrierten Rotation wird als Tornado-Wirbelsignatur bezeichnet, obwohl sich dieser Bereich nicht immer zu einem Tornadokern entwickelt. Diese Verbesserungen haben es den Meteorologen ermöglicht, die Warnzeiten zu verlängern und gleichzeitig die Zahl der Fehlalarme zu verringern.