De eerste stap bij het voorspellen van het waarschijnlijke ontstaan van tornado’s is het identificeren van gebieden waar de omstandigheden gunstig zijn voor de ontwikkeling van sterke onweersbuien. Essentiële ingrediënten voor het ontstaan van zulke stormen zijn koele, droge lucht op middenniveau’s in de troposfeer die bovenop een laag vochtige, conditioneel onstabiele lucht nabij het oppervlak ligt.

Britannica Quiz

Natuurrampen: Feit of Fictie?

Is een F1 tornado de krachtigste? Is een tyfoon een soort cycloon? Van aardbevingen tot vulkaanuitbarstingen, laat je gedachten de vrije loop en leer meer over natuurrampen in deze quiz.

De omstandigheden die gewoonlijk leiden tot de ontwikkeling van onweer doen zich voor langs de warme kant van de grenslijn, of front, die koude, droge lucht scheidt van warme, vochtige lucht. De mate van instabiliteit in de atmosfeer wordt bij benadering bepaald door de contrasten in temperatuur en vochtigheid over de frontale grens die de twee luchtmassa’s scheidt. Opdat een storm tornado’s zou kunnen veroorzaken, moeten andere factoren aanwezig zijn. De belangrijkste daarvan is een schommelend windprofiel (dat wil zeggen een progressieve verschuiving van de wind, met de wijzers van de klok mee op het noordelijk halfrond, tegen de wijzers van de klok in op het zuidelijk halfrond, met toenemende hoogte) op lage en middelhoge niveaus, samen met krachtige winden op hoge niveaus. Beide windacties zijn noodzakelijk om de vereiste draaiing in de lucht te verstrekken die uiteindelijk in een tornado kan culmineren. Een schommelend windprofiel kan worden geleverd door dezelfde sterke temperatuurcontrasten die de onweersbui aandrijven, en winden op grote hoogte kunnen worden geleverd door de straalstroom, het dunne lint van lucht met hoge snelheid dat zich in de bovenste helft van de troposfeer bevindt.

Voor het ontstaan van een tornado moet de diffuse draaiing worden geconcentreerd in een klein gebied terwijl een zich ontwikkelende storm verschillende ontwikkelingsstadia doorloopt. De eerste verschijning van rotatie in een storm wordt veroorzaakt door de interactie van een sterke, aanhoudende updraft met de winden die door en rond de storm blazen. De rotatie wordt intenser naarmate de snelheid van de wind toeneemt en naarmate zijn richting van zuidoost naar zuid en dan rond naar west (op het noordelijk halfrond) verschuift met toenemende hoogte door de onderste helft van de troposfeer.

Voorspellers in de Verenigde Staten hebben geleerd het windprofiel in onstabiele gebieden zorgvuldig in de gaten te houden en in te schatten hoe temperaturen en winden zich in de loop van een dag zullen ontwikkelen, terwijl ze tegelijkertijd het verloop en de intensiteit van de straalstroom in de gaten houden. Met behulp van moderne waarnemingssystemen, zoals verticaal gerichte radars (windprofilers genaamd) en beeldvormingssystemen op satellieten die de stroom van waterdamp door de atmosfeer van de aarde kunnen meten, kunnen de voorspellers gewoonlijk één tot zeven uur van tevoren bepalen waar de omstandigheden gunstig zullen zijn voor tornadovorming. Deze informatie wordt aan het publiek doorgegeven in de vorm van een tornadowaarschuwing. Een tornadowaarschuwing wordt afgegeven wanneer een tornado visueel of op een weerradar is waargenomen.

Als zich eenmaal sterke onweersbuien beginnen te vormen, volgen de plaatselijke kantoren van de National Weather Service de ontwikkeling daarvan met behulp van beelden van satellietsensoren en, het belangrijkste, van radars. Deze stellen de voorspellers in staat de ontwikkeling van de stormen te volgen en hun intensiteit in te schatten. In het verleden verschaften weerradars alleen informatie over de intensiteit van de neerslag binnen de stormen. Weersvoorspellers moesten dan het begin van rotatie binnen de updraft van een storm afleiden uit indirect bewijs, zoals wanneer de neerslag rond de updraft begon te buigen om een “hook echo” te produceren, een haakvormig gebied van neerslag dat uit de hoofdstorm vloeit en rond de updraft wikkelt. Dergelijke gevolgtrekkingen waren zeer subjectief en konden leiden tot valse alarmen of waarschuwingen op zeer korte termijn. Tegenwoordig geven moderne weerradars niet alleen informatie over de neerslagintensiteit van een storm, maar maken zij ook gebruik van het Doppler-principe om de wind binnen onweersbuien te meten. De windsnelheid wordt bepaald aan de hand van radiogolven die worden weerkaatst door regendruppels en andere deeltjes die door de wind worden meegevoerd.

Doppler-radars kunnen de rotatie in de opwaartse luchtstroom meten en stellen de voorspellers in staat om de vorming van een mesocyclon (dat is een gebied van roterende lucht binnen een onweersbui) te observeren. Op Doppler radar wordt de aanwezigheid van een goed georganiseerde mesocyclone aangegeven door een klein gebied van geconcentreerde shear in de wind. Aan de ene kant van de mesocyclon stromen de roterende winden in de richting van de radar; aan de andere kant bewegen ze weg. In sommige gevallen kan de vorming van de tornadokern worden waargenomen. De tornado kern is een ruwweg cilindrisch gebied van lagere atmosferische druk dat wordt begrensd door de maximale tangentiële winden (de snelste winden die rond het centrum van de tornado circuleren). De radarindicatie van intense geconcentreerde rotatie wordt de tornado vortex signatuur genoemd, hoewel dit gebied zich niet altijd ontwikkelt tot een tornado kern. Dankzij deze verbeteringen hebben de voorspellers de waarschuwingstermijnen kunnen verlengen en het aantal valse alarmen kunnen verminderen.