Le radiosondage permet aux météorologistes de relever des observations sur toute l'épaisseur de l'atmosphère. Pour ce faire, ils lâchent quotidiennement des "ballons-sondes".
Le dispositif est constitué d'un gros ballon de latex, gonflé avec un gaz plus léger que l'air (hélium mais de plus en plus dihydrogène), auquel est attelée une radiosonde. Le ballon est gonflé de manière à s'élever avec une vitesse constante de 4 à 5 m/s. La radiosonde contient les instruments de mesures de température et humidité et envoie vers la station au sol les données mesurées. La vitesse et la direction du vent ainsi que la pression se déduisent par calcul grâce au positionnement par GPS du ballon au cours de son ascension.
Ainsi, une à deux fois par jour, un peu partout dans le monde, depuis des stations à terre comme depuis le pont de certains navires, des ballons s'élèvent dans le ciel. Après environ 1 heure 30 à 2 heures d'ascension, entre 20 et 30 km d'altitude, ils "éclatent" et retombent à une distance allant de quelques dizaines de kilomètres à plus de 100 kilomètres de leur point de départ. Au-dessus des terres, les sondes sont équipées de petits parachutes afin de freiner leur descente et de protéger les installations ou personnes au sol. Les sondes ne sont pas réutilisables, mais si elles sont renvoyées à l'adresse spécifiée sur leur boîtier, elles sont intégrées dans un circuit de recyclage.
Les mesures transmises par la radiosonde lors de son ascension sont assimilées en direct par les modèles numériques de prévision du temps. Elles servent à définir l'état initial de l'atmosphère, point de départ de la prévision.
Elles sont transcrites sur des diagrammes à l'usage des prévisionnistes. Les diagrammmes des 2 dernières semaines sont téléchargeables depuis le site Open Data de Météo-France.
D'un abord un peu compliqué, ces diagrammes permettent d'un seul coup d'oeil d'apprendre bien des choses sur la masse d'air présente : nature stable ou instable, hauteur de la base et du sommet des nuages déjà formés ou susceptibles d'apparaître en cours de journée, épaisseur éventuelle du brouillard, direction et vitesse du vent avec l'altitude...
Les diagrammes utilisés présentent une particularité. Quand la température de l'air décroît fortement avec l'altitude, la courbe est penchée vers la gauche. La couche d'air est instable, parcourue de turbulences et les nuages qui s'y développent sont de type cumulus ou cumulonimbus.
A l'inverse, si la courbe est verticale ou si elle penche vers la droite, la température diminue peu avec l'altitude, voire elle augmente. La couche d'air est stable, il n'y a pas de turbulences et les nuages qui s'y forment sont de type stratiformes, donc des nuages qui s'étalent.
Dans l'exemple présenté, le bas de la courbe est franchement incliné à droite, presque horizontal. cela signifie qu'au lieu de décroître la température augmente avec l'altitude : de -1.1°C au sol, elle atteint 2.6 °C à 60 m de hauteur et 4.6 °C à 240 m. Cette inversion est lourde de conséquence. L'air froid étant en bas au contact du sol et l'air chaud au dessus, cette couche d'atmosphère est très stable. Tout mouvement vertical de l'air est impossible. Les cheminées "tirent" mal, la visibilité est souvent mauvaise du fait de la présence d'une brume sèche due à la poussière qui stagne près du sol, ou de brouillard si l'air est humide. Ce sont aussi des situations à pollution : les gaz dégagés par la circulation automobile et l'industrie étant dans l'impossibilité de se disperser en altitude.
Dans le cas présenté, la couche d'inversion n'est pas très épaisse : 250 m seulement, mais elle peut parfois aller jusqu'à 1500 m d'épaisseur.
Au-dessus, la courbe du radiosondage présente différents segments, autant de couches d'air stables ou instables, seches ou humides, propices ou non à la formation de nuages.
Vers 10000 m, la courbe présente un point singulier. La température cesse de diminuer et se maintient entre -55°C et -60°C. C'est la tropopause. Elle marque la limite supérieure de la troposphère, cette couche d'air qui intéresse particulièrement les météorologistes puisque c'est là que se forment les nuages et que l'on y rencontre les vents les plus forts.
Au-dessus de la France métropolitaine, l'altitude de la tropopause varie de 6000 à 13000 m selon qu'il s'agit d'une masse d'air froide venue du pôle, ou chaude venue de l'équateur.