Il primo passo nella previsione del probabile verificarsi di tornado comporta l’identificazione delle regioni in cui le condizioni sono favorevoli allo sviluppo di forti temporali. Gli ingredienti essenziali per il verificarsi di tali tempeste sono l’aria fredda e secca ai livelli medi della troposfera sovrapposta a uno strato di aria umida e condizionatamente instabile vicino alla superficie.
Le condizioni che comunemente portano allo sviluppo dei temporali si verificano lungo il lato caldo della linea di confine, o fronte, che separa l’aria fredda e secca da quella calda e umida. Il grado di instabilità presente nell’atmosfera è approssimato dai contrasti di temperatura e umidità attraverso il confine frontale che divide le due masse d’aria. Perché una tempesta possa generare tornado, devono essere presenti altri fattori. Il più importante di questi è un profilo di vento virante (cioè uno spostamento progressivo del vento, in senso orario nell’emisfero nord, in senso antiorario nell’emisfero sud, con l’aumentare dell’altezza) ai livelli bassi e medi, insieme a venti forti ai livelli alti. Entrambe queste azioni del vento sono necessarie per fornire la necessaria rotazione nell’aria che alla fine può culminare in un tornado. Un profilo di vento virante può essere fornito dagli stessi forti contrasti di temperatura che alimentano il temporale, e i venti ad alta quota possono essere forniti dal jet stream, il sottile nastro di aria ad alta velocità che si trova nella metà superiore della troposfera.
Per la generazione di un tornado, lo spin diffuso deve essere concentrato in una piccola area mentre una tempesta in evoluzione passa attraverso diverse fasi distinte di sviluppo. La prima apparizione della rotazione in una tempesta è causata dall’interazione di una forte e persistente corrente ascensionale con i venti che soffiano attraverso e intorno alla tempesta. La rotazione si intensifica quando la velocità del vento aumenta e quando la sua direzione vira da sud-est a sud e poi verso ovest (nell’emisfero settentrionale) con l’aumentare dell’altezza attraverso la metà inferiore della troposfera.
I meteorologi degli Stati Uniti hanno imparato a monitorare attentamente il profilo del vento nelle regioni di instabilità e a stimare come le temperature e i venti si evolveranno nel corso della giornata, mentre allo stesso tempo seguono il movimento e l’intensità della corrente a getto. Con l’aiuto dei moderni sistemi di osservazione, come i radar a puntamento verticale (chiamati profilatori di vento) e i sistemi di imaging sui satelliti che possono misurare il flusso di vapore acqueo attraverso l’atmosfera terrestre, i meteorologi possono solitamente identificare dove le condizioni saranno favorevoli alla formazione di tornado con un anticipo di una o sette ore. Queste informazioni sono trasmesse al pubblico come un allarme tornado. Un allarme tornado viene emesso quando un tornado è stato individuato visivamente o su un radar meteorologico.
Una volta che iniziano a formarsi forti temporali, gli uffici locali del National Weather Service monitorano il loro sviluppo utilizzando le immagini dei sensori satellitari e, più importante, dei radar. Questi permettono ai meteorologi di seguire l’evoluzione dei temporali e di stimarne l’intensità. In passato, i radar di sorveglianza meteorologica fornivano informazioni solo sull’intensità delle precipitazioni all’interno delle tempeste. I meteorologi dovevano quindi dedurre l’inizio della rotazione all’interno della corrente ascensionale di una tempesta da prove circostanziali, come ad esempio quando la precipitazione ha iniziato a curvare intorno alla corrente ascensionale per produrre un “eco ad uncino”, una regione a forma di uncino di precipitazione che scorre fuori dalla tempesta principale e avvolge la corrente ascensionale. Tali inferenze erano altamente soggettive e inclini a falsi allarmi o ad avvertimenti a brevissimo termine. Oggi, i moderni radar di sorveglianza meteorologica non solo forniscono informazioni sull’intensità delle precipitazioni di un temporale, ma utilizzano anche il principio Doppler per rilevare i venti all’interno dei temporali. Le velocità del vento sono determinate dalle onde radio riflesse dalle gocce di pioggia e da altre particelle trasportate dal vento.
I radar Doppler possono misurare la rotazione nella corrente ascensionale e permettono ai meteorologi di osservare la formazione di un mesociclone (cioè una regione di aria in rotazione all’interno di un temporale). Sul radar Doppler, la presenza di un mesociclone ben organizzato è indicata da una piccola regione di taglio concentrato nel vento. Da un lato del mesociclone i venti rotanti fluiscono verso il radar; e dall’altro, si allontanano. In alcuni casi, la formazione del nucleo del tornado può essere rilevata. Il nucleo del tornado è una regione approssimativamente cilindrica di bassa pressione atmosferica che è delimitata dai massimi venti tangenziali (i venti più veloci che circolano intorno al centro del tornado). L’indicazione radar di un’intensa rotazione concentrata è chiamata firma del vortice del tornado, anche se quest’area non sempre si evolve in un nucleo di tornado. Questi miglioramenti hanno permesso ai meteorologi di aumentare i tempi di allarme riducendo i falsi allarmi.