Tornadojen todennäköisen esiintymisen ennustamisen ensimmäinen vaihe on tunnistaa alueet, joilla olosuhteet ovat suotuisat voimakkaiden ukkosmyrskyjen kehittymiselle. Tällaisten myrskyjen syntymisen kannalta olennaisia tekijöitä ovat viileä ja kuiva ilma trofäärin keskitasolla, joka on kostean ja epävakaan ilmakerroksen päällä lähellä pintaa.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Yrskyn kehittymiseen yleisesti johtavat olosuhteet esiintyvät kylmää, kuivaa ilmaa lämpimästä, kosteasta ilmasta erottavan rajalinjan eli rintaman lämpimällä puolella. Ilmakehässä vallitsevan epävakauden astetta kuvaavat likimain lämpötilan ja kosteuden erot rintamarajaa pitkin, joka erottaa nämä kaksi ilmamassaa toisistaan. Jotta myrsky voisi synnyttää tornadoja, on oltava muitakin tekijöitä. Tärkein näistä tekijöistä on kääntyvä tuuliprofiili (eli tuulen asteittainen siirtyminen myötäpäivään pohjoisella pallonpuoliskolla ja vastapäivään eteläisellä pallonpuoliskolla korkeuden kasvaessa) matalalla ja keskitasolla sekä voimakkaat tuulet korkealla. Molemmat näistä tuulten vaikutuksista ovat välttämättömiä, jotta ilmaan saadaan aikaan tarvittava pyörteisyys, joka voi lopulta kulminoitua tornadoon. Pyörivä tuuliprofiili voi johtua samoista voimakkaista lämpötilakontrasteista, jotka saavat ukkosmyrskyn voiman, ja korkealla olevat tuulet voivat johtua suihkuvirrasta, troposfäärin ylemmässä puoliskossa esiintyvästä ohuesta nopean ilman nauhasta.
Encyclopædia Britannica, Inc.Katso kaikki tämän artikkelin videot
Tornadon syntymiseksi diffuusin pyörteen on keskityttävä pienelle alueelle, kun kehittyvä myrsky käy läpi useita eri kehitysvaiheita. Myrskyn rotaation ensiesiintyminen johtuu voimakkaan, pysyvän nousuvirtauksen vuorovaikutuksesta myrskyn läpi ja sen ympärillä puhaltavien tuulien kanssa. Pyöriminen voimistuu, kun tuulen nopeus kasvaa ja kun sen suunta kääntyy kaakosta etelään ja sitten ympäri länteen (pohjoisella pallonpuoliskolla) troposfäärin alemman puoliskon korkeuden kasvaessa.
Yhdysvaltalaiset ennustajat ovat oppineet seuraamaan huolellisesti tuuliprofiilia epävakaiden alueiden kohdalla ja arvioimaan, miten lämpötilat ja tuulet kehittyvät päivän mittaan, samalla kun he seuraavat suihkuvirtauksen liikettä ja voimakkuutta. Nykyaikaisten havainnointijärjestelmien, kuten pystysuoraan suunnattujen tutkien (niin sanottujen tuuliprofiilimittareiden) ja satelliittien kuvantamisjärjestelmien avulla, joilla voidaan mitata vesihöyryn virtausta maan ilmakehässä, ennustajat pystyvät yleensä tunnistamaan, missä olosuhteet ovat suotuisat tornadon muodostumiselle yhdestä seitsemään tuntia etukäteen. Tämä tieto välitetään yleisölle tornadovaroituksena. Tornadovaroitus annetaan, kun tornado on havaittu joko silmämääräisesti tai säätutkalla.
Kun voimakkaat ukkosmyrskyt alkavat muodostua, kansallisen sääpalvelun paikallistoimistot seuraavat niiden kehitystä satelliittisensoreiden ja ennen kaikkea tutkien antamien kuvien avulla. Näiden avulla ennustajat voivat seurata myrskyjen kehitystä ja arvioida niiden voimakkuutta. Aiemmin säävalvontatutkat antoivat tietoa vain myrskyjen sateiden voimakkuudesta. Sääennustajat joutuivat silloin päättelemään myrskyn nousuvirtauksen pyörimisen alkamista aihetodisteiden perusteella, kuten siitä, milloin sade alkoi kaartua nousuvirtauksen ympärille ja synnytti ”koukkukaikuja”, eli koukunmuotoisen sadealueen, joka virtaa ulos päämyrskystä ja kiertyy nousuvirtauksen ympärille. Tällaiset johtopäätökset olivat hyvin subjektiivisia ja alttiita väärille hälytyksille tai hyvin lyhytaikaisille varoituksille. Nykyään nykyaikaiset säävalvontatutkat eivät ainoastaan anna tietoa myrskyn sateen voimakkuudesta, vaan ne käyttävät Doppler-periaatetta myös ukkosmyrskyjen tuulten havaitsemiseen. Tuulen nopeus määritetään sadepisaroiden ja muiden tuulen mukana kuljettamien hiukkasten heijastamien radioaaltojen perusteella.
Courtesy of the Illinois State Water Survey, Champaign, Illinois; valokuva, Donald W. Staggs
Doppler-tutkat voivat mitata nousuvirtauksen pyörimistä, ja niiden avulla meteorologit pystyvät tarkkailemaan mesosyklonin muodostumista (eli pyörivän ilman aluetta ukkosmyrskyn sisällä). Doppler-tutkassa hyvin organisoidun mesosyklonin läsnäolo näkyy pienenä keskittyneen leikkauksen alueena tuulessa. Mesosyklonin toisella puolella pyörivät tuulet virtaavat kohti tutkaa ja toisella puolella ne liikkuvat poispäin. Joissakin tapauksissa tornadon ytimen muodostuminen voidaan havaita. Tornadon ydin on suunnilleen sylinterinmuotoinen alue, jolla on matalampi ilmanpaine ja jota rajoittavat suurimmat tangentiaalituulet (nopeimmat tuulet, jotka kiertävät tornadon keskuksen ympärillä). Voimakkaan keskittyneen rotaation tutkamerkintää kutsutaan tornadopyörteeksi, vaikka tämä alue ei aina kehitykään tornadon ytimeksi. Näiden parannusten ansiosta ennustajat ovat voineet pidentää varoitusaikoja ja samalla vähentää vääriä hälytyksiä.
Mike Coniglio-National Severe Storms Laboratory/NOAA