background image

 

 

Tornado Outbreaks Associated with Landfalling Hurricanes in the North 

Atlantic Basin: 1954–2004 

 

 

STEPHANIE M. VERBOUT

1

, DAVID M. SCHULTZ

2,3

, LANCE M. LESLIE

1

,  

HAROLD E. BROOKS

2

, DAVID KAROLY

1

AND 

KIMBERLY L. ELMORE

2,3

 

 

1

 

School of Meteorology, University of Oklahoma, Norman, Oklahoma 

2

 

NOAA/National Severe Storms Laboratory, Norman, Oklahoma

 

3

Cooperative Institute for Mesoscale Meteorological Studies, University of Oklahoma, Norman, 

Oklahoma

 

 

 

Submitted as an article for the Meteorology and Atmospheric Physics Special Issue on Tropical 

Cyclones

 

 

Submitted 10 June 2006, Revised 14 August 2006 

 

Corresponding author address

:  Stephanie M. Verbout, University of Oklahoma, School of 

Meteorology/National Weather Center, 120 David L. Boren Blvd, Norman, OK 73072  

E-mail: stephanieverbout@hotmail.com 

background image

 

ABSTRACT 

 

Tornadoes  are  a  notable  potential  hazard  associated  with  landfalling  hurricanes.    The 

purpose  of  this  paper  is  to  discriminate  hurricanes  that  produce  numerous  tornadoes  (tornado 

outbreaks)  from  those  that  do  not  (nonoutbreaks).   The  data  consists  of  all  hurricane  landfalls 

that affected the United States from the North Atlantic basin from 1954 to 2004 and the United 

States tornado record over the same period.  Because of the more than twofold increase in the 

number of reported tornadoes over these 51 years, a simple least-squares linear regression (“the 

expected number of tornadoes”) was fit to the annual number of tornado reports to represent a 

baseline for comparison.  

 

The hurricanes were sorted into three categories.  The first category, outbreak hurricanes, 

was  determined  by  hurricanes  associated  with  the  number  of  tornado  reports  exceeding  a 

threshold  of  1.5%  of  the  annual  expected  number  of  tornadoes  and  at  least  8  F1  and  greater 

tornadoes during the time of landfall (from outer rainbands reaching shore to dissipation of the 

system).    Eighteen  hurricane  landfalls  were  classified  as  outbreak  hurricanes.    Second,  37 

hurricanes having less than 0.5% of the annual expected number of tornadoes were classified as 

nonoutbreak  landfalls.    Finally,  28  hurricanes  that  were  neither  outbreak  nor  nonoutbreak 

hurricanes were classified as midclass hurricane landfalls.  

 

Stronger hurricanes are more likely to produce tornado outbreaks than weaker hurricanes. 

While  78%  of  outbreak  hurricanes  were  category  2  or  greater  at  landfall,  only  32%  of 

nonoutbreak  hurricanes  were  category  2  or  greater  at  landfall.    Hurricanes  that  made  landfall 

along  the  southern  coast  of  the  United States  and  recurved  northeastward  were  more  likely  to 

produce tornadoes than those that made landfall along the east coast or those that made landfall 

along the southern coast but did not recurve.  Recurvature was associated with a 500-hPa trough 

background image

 

in  the  jet  stream,  which  also  contributed  to  increased  deep-layer  shear  through  the  hurricane, 

favoring  mesocyclogenesis,  and  increased  the  low-level  shear,  favoring  tornadogenesis.    The 

origin of the hurricane, date of landfall, and El Niño–Southern Oscillation phase do not appear to 

be factors in outbreak hurricane creation.  The results of this study help clarify inconsistencies in 

the previous literature regarding tornado occurrences in landfalling hurricanes.

  

 

background image

 

1.  Introduction 

 

Wind damage, storm surges, and inland flooding are hazards faced by coastal communities 

in the southern and eastern United States due to landfalling hurricanes.  Neumann et al. (1999) 

found that the United States Atlantic and Gulf coasts experience an average of 1.7 landfalling, or 

near-landfalling,  hurricanes  per  year.    Hurricane-related  property  losses  accounted  for  nearly 

40% of all insured losses in the United States from 1984 to 1993, exceeding earthquake losses by 

a factor of four (Pielke and Pielke 1997).   

 

A hurricane with watches or warnings in effect is considered a land-threatening hurricane 

(Franklin et al. 2003).  Tornadoes are a notable potential hazard associated with land-threatening 

hurricanes.    Ten  percent  of  hurricane-related  fatalities  from  1948  to  1972  were  attributed  to 

tornadoes near or during the time of landfall (Novlan and Gray 1974).  Hurricane Allen’s (1980) 

landfall in Texas produced well over $70 million in damage associated with hurricane-spawned 

tornadoes alone (Gentry 1983). Other examples of tornadoes associated with tropical systems are 

described  in  Gray  (1919),  Hills  (1929),  Tannehill  (1938,  24–25),  Malkin  and  Galway  (1953), 

Sadowski  (1962),  Rudd  (1964), Pearson  and  Sadowski  (1965),  Orton  (1970),  Hoadley  (1981), 

Stiegler and Fujita (1982), McCaul (1987), Grazulis (1993, 124–127), McCaul et al. (2004), and 

Watson et al. (2005).    

 

Emergency  managers  typically  treat  landfalling  hurricanes  differently  than  tornadoes.  

When a hurricane threatens landfall, coastal communities are evacuated inland to large buildings 

with free-spanning roofs that can house many people, such as school gymnasiums and armories.  

On the other hand, these types of buildings are more susceptible to collapse in a tornado.  This 

quandary proves problematic for organizations such as the Red Cross and the Federal Emergency 

Management Agency, who work to shelter those evacuated from coastal regions. 

background image

 

 

Most tornadoes generated by hurricanes occur within 24 h of landfall (e.g., Hill et al. 1966; 

Novlan and Gray 1974; Gentry 1983; McCaul 1991).  Although some tornadoes can occur within 

the  inner  rainbands  or  in  the  eyewall  (“core”  tornadoes;  Gentry  1983;  Weiss  1987;  McCaul 

1991), most tornadoes form in the outer rainbands where convection can be strong (e.g., Hill et 

al. 1966; Novlan and Gray 1974).  For example, Weiss (1987) found that 74% of postlandfall 

tornadoes from 1964 to 1983 were generated by outer-rainband convection.  

 

 

Tornadoes  spawned  by  hurricanes  can  have  different  characteristics  than  tornadoes 

spawned  by  midlatitude  supercells  or  squall  lines.    For  instance,  the  parent  mesocyclones  in 

hurricanes tend to have shallower circulations than those associated with midlatitude supercells 

in the central United States (average depth of 3–3.5 km vs 6 km, respectively) (McCaul 1987, 

1991;  McCaul  and  Weisman  1996;  Spratt  et  al.  1997;  McCaul  et  al.  2004).    McCaul  and 

Weisman  (1996)  argued  that  the  lack  of  strong  surface  cold  pools  (a  source  of  horizontal 

vorticity) associated with supercells in the moist tropical environment may limit the production 

of  strong  tornadoes  by  tilting.   Traditional  tornadic  radar  signatures  (e.g.,  bounded  weak  echo 

regions,  hook  echoes,  and  appendages)  may  be  subtle,  or  even  nonexistent  for  hurricane-

spawned tornadoes (Spratt et al. 1997).  In addition, some of the tornado-producing supercells 

during Tropical Storm Beryl (1994) did not contain any cloud-to-ground lightning (McCaul et al. 

2004).  Finally, hurricane-related tornadoes tend to be weaker, and have half the path width and 

path length as tornadoes formed by other systems (Smith 1965). 

 

McCaul  (1991)  examined  the  number  of  tornadoes  and  thermodynamic  properties 

associated  with  all  tropical  cyclones  (defined  as  all  hurricanes,  tropical  storms,  tropical 

depressions, and subtropical storms) from 1948 to 1986, grouping tornado outbreaks into three 

classifications:  

minor

 (not more than 8 tornadoes), 

major 

(more than 8 tornadoes), and 

severe 

background image

 

(more than 24 tornadoes).  He found that 413 of the 626 total tornadoes (66%) were produced by 

18 major tornado outbreaks, of which four were severe.   

 

One of the most prominent tornadic hurricanes was Hurricane Beulah (1967) (Orton 1970).  

Beulah  made  landfall  near  Brownsville,  Texas,  and  produced  117  tornadoes  in  the  southern 

portion  of  the  state  (Fig.  1).    The  majority  of  tornadoes  occurred  on  20  September  when  67 

tornadoes were reported with Beulah’s landfall (Orton 1970).  Of those 67 tornadoes, 21 were 

rated F1 and greater on the Fujita scale.  Almost 40 years passed since any hurricane produced 

nearly  100  tornadoes  at  landfall.    Data  from  the  Storm  Prediction  Center  (SPC)  showed  that 

Hurricane  Frances  (2004)  produced  99  tornadoes  and  Hurricane  Ivan  (2004)  produced  117 

tornadoes  (e.g.,  Watson  et  al.  2005).    The  large  number  of  tornadoes  associated  with  Beulah 

(1967),  Frances  (2004),  and  Ivan  (2004)  clearly  demonstrates  the  need  to  examine  and 

characterize these types of events for future hurricane preparedness.   

 

The purpose of this paper is to examine the differences between outbreak and nonoutbreak 

hurricane landfalls.  Section 2 describes the dataset used in this study.  Section 3 discusses our 

criteria for identifying days with many tornadoes, as determined by the method in Verbout et al. 

(2005).  Section 4 outlines the three types of hurricanes identified by this study.  Characteristics 

such  as  intensity  of  the  hurricane,  landfall  location,  synoptic  pattern,  hurricane  origin,  date  of 

landfall,  and  El  Niño–Southern  Oscillation  (ENSO)  phase  are  analyzed  in  section  5.

 

Lastly, 

section  6  summarizes  the  conditions  favoring  tornado  outbreaks  associated  with  landfalling 

hurricanes. 

     

2.  Data  

background image

 

       A main concern surrounding any tornadic event is the accuracy and availability of reports 

(e.g.,  Pearson  1975;  Doswell  and  Burgess  1988;  Grazulis  1993,  187–195;  Hagemeyer  1998; 

Hagemeyer and Spratt 2002).  This problem is amplified because hurricane-force winds, heavy 

rains, and storm surge can obscure tornado verification.  The present study inspected all tornado 

reports from the United States tornado database (McCarthy 2003) from 1954 to 2004 two days 

prior and four days following the landfall of a hurricane, similar to the criteria chosen in Weiss 

(1987) and Fig. 15 in McCaul (1991).  Because Weiss (1985) found 85% of tornadoes associated 

with tropical systems were attributed to hurricane-strength storms, we chose to focus strictly on 

hurricanes (category 1 or greater on the Saffir–Simpson scale).  All landfalling hurricanes that 

affected  the  United  States  originating  from  the  North  Atlantic  basin  from  1954  to  2004  were 

identified from the National Hurricane Center/Tropical Prediction Center (NHC/TPC) archives.  

These hurricanes included not only those that made landfall in the United States, but also those 

that  made  landfall  in  northeastern  Mexico  and  produced  tornadoes  in  the  United  States.  

Tornadoes were considered related to the hurricane if the tornado report occurred within 400 km 

of  the  cyclone  center.    This  distance  is  consistent  with  Spratt  et  al.’s  (1997)  definition  of 

maximum range.  This definition may need to be expanded for future investigations to account 

for Hurricane Katrina (2005) because of the extremely large, unparalleled size of Katrina’s outer 

rainbands.    At  the  time  of  this  study,  the  2005  hurricane  season  was  ongoing  and  official 

hurricane and tornado data had not been verified. 

  

3.  Defining a big tornado day 

 

As stated earlier, the large number of tornadoes associated with Hurricanes Beulah (1967), 

Frances (2004), and Ivan (2004) clearly demonstrates the need to examine these types of events 

background image

 

for future hurricane preparedness.  With the aim of studying tornado outbreaks associated with 

landfalling  hurricanes,  we  first  examined  the  daily  United  States  tornado  record  from  1954  to 

2004.    Verbout  et  al.  (2005)  defined  a  â€œbig  tornado  day”  as  a  single  day  where  numerous 

tornadoes and/or many tornadoes exceeding a specified intensity threshold were reported. This 

term  was  chosen  with  the  intention  of  distinguishing  a  big  tornado  day  from  previous 

applications of the word outbreak.  Overall, the total number of tornadoes in the United States 

tornado  database  (McCarthy  2003)  had  doubled  from  roughly  600  per  year  in  the  1950s  to 

around  1200  per  year  in  the  2000s  (Fig.  2).    A  least-squares  linear  regression  was  fit  to  the 

annual number of reported tornadoes over the period 1954–2004 in order to adjust for the general 

increase in reports (Verbout et al. 2005).  Such a procedure allows comparison of the tornado 

record through the decades.  Traditionally, the number of F2 and greater tornadoes has been used 

to determine the significance of a tornado event.  However, Verbout et al. (2005) demonstrated 

that over this time period, the F2 and greater series had some overrating problems early in the 

dataset.    Therefore, 

the  F1  and  greater  time  series  is  more  stationary  over  this  period  in 

comparison with the F2 and greater series.  

Thus, a big tornado day is determined by a fraction 

of  the  annual  expected  number  of  tornadoes  associated  with  the  linear  regression  and/or  a 

minimum number of F1 and greater tornado reports (Verbout et al. 2005).   

 

In order to assess the daily probability of tornado occurrence in the United States, Verbout 

et al. (2005) constructed a statistical model of the daily mean number of tornadoes reported from 

1954  to  2004  using  a  kernel  density  estimation  technique  with  a  Gaussian  smoother  (

σ

t

  =  15 

days) (Brooks et al. 2003).  This technique was used to smooth the data in time and space and 

estimate the probability of any tornado occurring anywhere in the United States on any given day 

(Fig. 3; dashed line).  The peak probability of 90% chance of any tornado occurring in the United 

background image

 

States is near June 12 (Brooks et al. 2003).  However, once the data is constrained by thresholds 

with the purpose of determining a big tornado day (for example, 1.5% of the linear regression 

value and at least 8 F1 and greater tornadoes), the probability distribution changes.  The black 

curve  in  Fig.  3  illustrates  the  probability  of  these  days  from  1954–2004  and  shows  that  the 

largest  peak  occurs  in  mid-May,  nearly  three  weeks  earlier  in  the  year  than  the  any-tornado 

curve.  Hence, big tornado days are more likely to occur slightly earlier in the year than just any 

day with a tornado.  [See section 3e in Verbout et al. (2005) for further discussion of this point.] 

 

Tornadoes embedded within hurricanes can occur within a one-day period (e.g. Hurricane 

Edith  1971)  to  over  a  three-day  period  (e.g.  Hurricane  Frances  2004).    Because  a  landfalling 

hurricane can spawn tornadoes over several days, this paper considers the number of tornadoes 

over the duration of landfall (from outer rainbands reaching shore to dissipation of the system) as 

a natural temporal limit.        

 

4. Hurricane classifications 

 

In order to determine if an outbreak hurricane occurred, thresholds must again applied to 

the  tornado  data.    As  again  discussed  in  Verbout  et  al.  (2005),  thresholds  must  be  chosen 

arbitrarily depending on the number of events one wishes to analyze. 

 

For this study, a threshold 

of  1.5%  of  the  linear  regression  value  and  at  least  8  F1  and  greater  tornadoes

 

was  chosen  to 

distinguish between outbreak and nonoutbreak hurricanes in order to create a sizeable outbreak 

dataset.    As  a  result,  a  total  of  83  hurricane  landfalls  were  classified  as 

outbreak

  (18  cases), 

nonoutbreak

 (37 cases), or 

midclass

 (28 cases) hurricanes.  

  

4.1 Outbreak hurricanes 

background image

 

10 

 

 Hurricanes  with  tornado  reports  exceeding  a  threshold  of  1.5%  of  the  annual  expected 

number  and  at  least  8  F1  and  greater  tornadoes  were  classified  as 

outbreak 

hurricanes.    For 

instance, the 1.5% annual expected value for 1954 was 8; therefore, at least 8 tornadoes were 

needed  for  an  outbreak (Fig.  4).    For  2003,  however,  the  1.5%  annual  expected  value  was  18 

(Fig.  4).   These  thresholds  generated  18  outbreak  hurricane  landfalls (Table  1).   When  the  18 

outbreak  hurricane  cases  were  plotted  in  Fig.  3  (again  using  the  kernel  density  estimation 

technique; gray curve), the peak occurs in early to mid-September (most active hurricane time in 

the  North  Atlantic  basin).    These  results  show  that  the  outbreak  hurricane  tornadoes  peak 

probability (gray curve; ~0.005) comprises nearly all the daily big tornado day signal (1.5% and 

8 F1+ black curve; ~0.006) for early to mid-September.  Thus, if a big tornado day occurred in 

early to mid September, chances are it occurred within an outbreak hurricane.  

 

Eleven of the 18 cases defined by McCaul (1991) are included in this study, while seven 

additional storms since 1986 have been added to this dataset (Gilbert 1988, Andrew 1992, Opal 

1995, Georges 1998, Frances 2004, Ivan 2004, and Jeanne 2004).  Hurricane Alicia (1983) was 

not  considered  an  outbreak  hurricane  in  our  study  because  only  two  of  the  total  22  reported 

tornadoes  were  rated  F1  or  greater.    Similarly,  Curtis  (2004)  created  a  dataset  of  13  outbreak 

hurricanes  from  1960  to  1999  based  on  20  or  more  reported  tornadoes  (Galway  1975,  1977).  

Ten of the 13 cases in Curtis’s (2004) dataset appeared in our dataset— the excluded three were 

Hurricane  Alicia  (1983),  described  above,  and  Tropical  Storms  Beryl  (1994)  and  Josephine 

(1996).  Beryl (1994) and Josephine (1996) were omitted from this dataset because of the strict 

requirement of the storm needing to be of hurricane strength (according to Saffir–Simpson scale) 

at  some  point  in  its  lifetime.   Additionally,  Curtis’s  (2004)  dataset  did  not  include  Hurricanes 

Audrey (1957), Cleo (1964), Hilda (1964), and Babe (1977) because of his higher threshold that 

background image

 

11 

required at least 20 tornadoes.  Finally, 10 of the 13 (77%) outbreaks identified by Curtis (2004) 

occurred in the last 25 years (1979 to 2004), indicating that the temporal increase in reports (Fig. 

2) was perhaps reflected in his dataset.    

 

4.2 Nonoutbreak hurricanes 

 

Hurricanes  with  less  than  0.5%  of  the  annual  expected  number  of  tornado  reports  were 

classified  as 

nonoutbreak 

hurricane  landfalls  (Table  2).    For  example,  no  more  than  three 

tornadoes could have occurred in 1954, and no more than six in 2004 (Fig. 4).  From 1954 to 

2004,  there  were  37  cases  of  nonoutbreak  hurricane  landfalls.    Several  of  these  cases  include 

hurricanes that made multiple landfalls and either had no reported tornadoes or very few (Table 

2).  Note that five nonoutbreak cases (Diane 1955, Ione 1955, Cindy 1959, Gloria 1985, Charley 

1986)  narrowly  made  landfall  and  quickly  turned  back  out  to  sea,  allowing  little  time  for  the 

hurricane to produce tornadoes over land (Table 2).  Most recently, 1999 had three nonoutbreak 

hurricane landfalls (Bret, Dennis, and Irene).  Bret (1999) was the first hurricane to make landfall 

on the Texas coastline since Hurricanes Chantal and Jerry (1989) and the first intense hurricane 

(category 3 or greater on Saffir–Simpson scale) to hit Texas since Hurricane Alicia (1983).   

 

 

 

4.3

 

Midclass hurricanes 

 

Many  landfalling  hurricanes  produced  several  tornadoes  but  could  not  be  labeled  strictly 

outbreak  or  nonoutbreak.   Those  cases  that  fell  between  the  two  thresholds  were  classified  as 

midclass 

hurricanes.  There were 28 midclass hurricanes identified from 1954 to 2004 (Table 3).  

A few of these midclass hurricanes failed to make outbreak classification because of too few F1 

and greater tornadoes reported.  For example, Hurricanes Alicia (1983) and Lili (2002) both had 

background image

 

12 

the  minimum  number  of  tornadoes  needed  (22  and  26,  respectively),  yet  not  enough  F1  and 

greater  tornadoes  were  reported  (2  and  5,  respectively).    On  the  other  hand,  Hurricanes  Isbell 

(1964)  and  Juan  (1985)  did  have  8  F1  and  greater  reported  tornadoes,  but  the  9  and  12  total 

tornadoes  (respectively),  however,  fell  short  of  the  1.5%  criterion  (Fig.  4).    Another  midclass 

case is Hurricane Gracie (1959).  Gracie only had six reported tornadoes associated with landfall, 

but three of the six tornadoes were rated F3.   

 

5.  Discriminating between outbreak and nonoutbreak hurricanes 

 

Of the 83 hurricane landfalls in this study (Tables 1–3), only 14 (17%) had no reported 

tornadoes.    Of  those  14,  only  four  have  occurred  since  1973,  suggesting  that  early  tornado 

records, especially for weaker tornadoes, may be incomplete (e.g., Smith 1965; Hill et al. 1966; 

Gentry  1983;  Hagemeyer  1998;  Verbout  et  al.  2005).    Thus,  the  threat  of  tornadoes  faces 

forecasters with nearly every hurricane.  What determines the conditions for especially prolific 

tornado-producing  hurricanes  when  tornado  watches  may  be  required?    In  this  section,  we 

examine  various  characteristics  that  may  prove  useful  in  discriminating  outbreak  cases  from 

nonoutbreak  cases.    These  include  the  intensity  of  the  hurricane,  landfall  location,  synoptic 

pattern, hurricane origin, date of landfall, and ENSO phase.  

 

5.1 Hurricane intensity 

 

Previous  research  has  indicated  that  stronger  hurricanes  are  more  likely  to  produce 

tornadoes than weaker ones (Hill et al. 1966; Novlan and Gray 1974; Gentry 1983; Weiss 1985; 

McCaul 1991).  In this study, the Saffir–Simpson scale, a measure of the maximum near-surface 

wind speed, was used as a measure of hurricane intensity.  The Saffir–Simpson scale ranges from 

background image

 

13 

1 to 5, with 5 having the strongest winds.  A category 0 was included in this study to account for 

sub hurricane-force winds.  Most hurricanes are on the low end of the Saffir–Simpson scale.  For 

example,  whereas  34  of  83  hurricane  landfalls  were  category  1  strength  at  landfall,  only  two 

hurricanes  were  category  5  at  landfall:  Hurricane  Camille  (1969;  nonoutbreak  case)  and 

Hurricane Andrew (Florida 1992 landfall; nonoutbreak case) recently upgraded to a category 5 

(Landsea et al. 2004).   

 

Figure  5  shows  the  distribution  of  Saffir–Simpson  category  of  each  classification  of 

hurricane  (outbreak,  nonoutbreak,  or  midclass)  at  landfall.    Forty  hurricanes  were  of  at  least 

category 2 at landfall and 43 were rated categories 1 or 0.  Thirty-five percent (14 of 40) of all 

category 2 or greater hurricanes at landfall were associated with outbreaks, whereas 30% (12 of 

40)  were  associated  with  nonoutbreaks  (Fig.  5).    In  addition,  78%  (14  of  18)  of  outbreak 

hurricanes  were  category  2  or  greater  at  landfall,  and  only  32%  (12  of  37)  of  nonoutbreak 

hurricanes  were  category  2  or  greater  at  landfall  (Tables  1  and  2).    In  order  to  assess  the 

statistical  significance  of  hurricane  intensity  as  a  discriminator  between  outbreak  and 

nonoutbreak cases, a chi-square test was used.  In essence, the chi-square test tests associations 

between two variables and can determine if the association is stronger than random chance alone 

(i.e., statistically significant; Wilks 1995, 133–134).  The chi-square test statistic depends on the 

degrees  of  freedom.    At  one  degree  of  freedom,  a  statistically  significant  relationship  exists 

between  outbreak  and  nonoutbreak  hurricanes  and  Saffir–Simpson  categories  1  and  0  and 

categories  2  and  higher  at  landfall.    A 

p

  value  equal  to  0.002  was  found;  thus  indicating  that 

intensity  is  a  significant  parameter  at 

α

=0.01  level.    Clearly,  these  results  show  that  outbreak 

hurricanes are more likely to occur if the hurricane is a category 2 or higher at landfall.  On the 

background image

 

14 

other  hand,  hurricane  intensity  at  time  of  landfall  is  not  the  only  variable  that  should  be 

considered when assessing the risk of tornado outbreaks embedded within the system.  

 

5.2. Landfall location 

 

Previous  authors  have  suggested  that  hurricane  landfalls  over  the  southern  United  States 

are more likely to produce tornadoes than those making landfall over the eastern United States 

(e.g., Hill et al. 1966; Novlan and Gray 1974; Gentry 1983; Weiss 1985; McCaul 1991).  Such a 

relationship, however, was not apparent from the figures comparing tracks for tornado-producing 

hurricanes  with  tracks  of  non-tornado-producing  hurricanes  presented  by  Novlan  and  Gray 

(1975).  We wished to examine our dataset for such a purported relationship. 

 

Landfall locations for the 83 hurricanes in our dataset were separated into two categories: 

southern-coast landfalls (Texas, Louisiana, Mississippi, Alabama, and west coast of Florida) and 

eastern-coast landfalls (east coast of Florida, Georgia, South and North Carolina, Virginia, and 

New England states).  Overall, 14 of 51 (27%) landfalls on the southern coast were outbreaks, 

whereas 4 of 32 (13%) landfalls on the eastern coast were outbreaks.  Again, using a chi-square 

test with one degree of freedom, a

 

statistically significant relationship exists between outbreak 

and nonoutbreak hurricanes and landfall location at 

α

=0.10 level (

p

 value=0.06).  

 

 

Tracks of the various hurricanes for outbreak, nonoutbreak, and midclass categories were 

plotted in Fig. 6.  When presented in this manner, it is clear that outbreak hurricanes tended to 

make landfall on the southern coast compared to the eastern coast (Fig. 6a).  In addition, nearly 

all landfalling outbreak hurricanes recurved northeastward after landfall, supporting the results of 

Smith (1965) and Hill et al. (1966).  In contrast, nonoutbreak hurricanes tended to fall into one of 

two categories (Fig. 6b).  Although the majority of nonoutbreak hurricanes tended to be those 

background image

 

15 

that  made  landfall  on  the  eastern  coasts  and  recurved  northward,  there  were  a  lesser  group  of 

hurricanes that made landfall over the southern coast, but did not recurve (Fig. 6b).  Midclass 

hurricanes were more evenly divided between southern and east coast landfalls (Fig. 6c).  When 

the  distinction  is  drawn  between  hurricanes  that  made  landfall  on  the  southern  coast  that 

recurved  versus  hurricanes  that  made  landfall  on  the  southern  coast  that  did  not  recurve,  the 

statistics produce a different result.  In this case, 10 of 21 (48%) hurricanes that made landfall on 

southern  coasts  and  recurved  were  outbreaks,  whereas  4  of  21  (19%)  hurricanes  that  made 

landfall on southern coasts and did not recurve were outbreaks. 

 

This presentation suggests that 

simple  rules  of  thumb  such  as  â€œlandfalling  hurricanes  on  the  east  coast  do  not  produce 

tornadoes” can be a serious oversimplification of the actual results.   

 

To understand why recurving hurricanes that made landfall on the southern coast are more 

likely  to  produce  tornado  outbreaks,  we  need  to  understand  why  hurricanes  spawn  tornadoes.  

Most tornadoes in hurricanes are spawned in the right-front quadrant of the hurricane relative to 

the direction of motion of the hurricane (e.g., Malkin and Galway 1953; Pearson and Sadowski 

1965; Smith 1965; Orton 1970; Novlan and Gray 1974; Gentry 1983; McCaul 1991; Hagemeyer 

and Hodandish 1995), the quadrant where the vertical wind shear and helicity tend to be most 

favorable for tornado production (McCaul 1991; Bogner et al. 2000).  Thus, hurricanes that place 

their right-front quadrant over land for a longer period of time are more likely to produce greater 

numbers of tornadoes. Hurricanes approaching southern United States coastlines have more time 

to interact with land surfaces and have more exposure for the preferred right half of the hurricane 

to  generate  tornadoes  (Sadowski  1962;  Smith  1965).    Most  east  coast  landfalls,  on  the  other 

hand, do not penetrate far inland, recurve back over the ocean more quickly, and are less likely to 

produce a large number of tornadoes (Hill et al. 1966; Gentry 1983; McCaul 1991).  One notable 

background image

 

16 

exception is Hurricane Beulah (1967), which produced 117 tornadoes while tracking cyclonically 

(Fig. 1).  Hagemeyer and Hodanish (1995) found that 87% of tornado-producing hurricanes that 

made landfall in Florida approached from the west coast of Florida, which placed the right-front 

quadrant  over  the  state  and  thus  provided  more  opportunity  for  the  hurricane  to  produce 

tornadoes over land (e.g., Hill et al. 1966). As a result, whether storms recurve over land appears 

to be an important distinction in order to determine whether or not an outbreak may occur.  To 

address the nature of recurving, we look to the next section. 

 

5.3 Synoptic patterns for landfalling hurricanes that affected Texas 

 

As  mentioned  previously,  the  ability  of  hurricanes  making  landfall  over  the  southern 

United  States  to  produce  a  tornado  outbreak  apparently  is  tied  to  its  ability  to  recurve 

northeastward.    To  explore  the  reason  for  this  recurvature,  we  investigate  the  differences  in 

composite  synoptic  patterns  between  outbreaks  and  nonoutbreaks  associated  with  landfalling 

hurricanes that affected Texas.  We chose to perform this composite on Texas hurricanes for two 

reasons.    First,  such  hurricanes  are  relatively  abundant  in  the  outbreak  and  nonoutbreak 

categories (5 and 8, respectively).  Second, these hurricanes reach landfall in a relatively focused 

geographic region, arriving in a nearly consistent storm track from the southeast (Figs. 6a, b).  

(Developing  such  a  composite  analysis  for  Florida  hurricanes  was  not  robust  for  this  reason.)  

These  two  criteria  allow  for  the  construction  of  meaningful  composite  patterns.    Composite 

analyses  on  the  day  of  landfall  were  produced  using  the  NOAA–CIRES  Climate  Diagnostics 

Center  daily-averaged  NCEP/NCAR  Reanalysis  (Kalnay  et  al.  1996)  web  page 

(http://www.cdc.noaa.gov/Composites/Day).  Composite  analysis  using  the  6-h  data  did  not 

produce significantly different results and are not considered here. 

background image

 

17 

 

Of the five outbreaks that affected Texas, there was one category 3 and four category 4.  

In contrast, of the eight nonoutbreaks, all were category 1 hurricanes, except one category 4 and 

one  category  0.    Thus,  the  synoptic  composite  might  also  provide  some  insight  into  why  the 

outbreak storms were more intense than the nonoutbreaks.     

 

Although  several  different  composite  parameters  show  differences  between  outbreaks 

and nonoutbreaks, we illustrate these differences with 500-hPa geopotential height and surface–

850-hPa  wind  shear  parameters  (Fig.  7).    Composite  500-hPa  geopotential  height  indicates  a 

substantial  difference  between  the  Texas  outbreaks  and  nonoutbreaks  at  landfall  (Figs.  7a,  b).  

Whereas the Texas outbreak composite has a 500-hPa trough in the north-central United States, 

the  nonoutbreak  composite  has  a  ridge  where  the  jet  stream  is  far  poleward  of  the  landfalling 

hurricanes  (Figs.  7a,  b).    The  anomalies  of  these  composite  means  (based  on  1968–1996 

climatology) extend over a large area in the northern United States and southern Canada (Figs. 

7c, d).  Furthermore, the 500-hPa height anomaly over the landfalling hurricane is over twice as 

deep, with a gradient of geopotential height (geostrophic wind) twice as great, for the outbreak 

events (Figs. 7c, d).   

 

Each of the five outbreak events had a trough in the northern United States and each of 

the eight nonoutbreak events had a ridge in the northern United States (not shown), supporting 

the composites.  However, there remain two questions: 1) is the difference between the means at 

each  grid  point  significant  (local  significance),  and  2)  does  the  collection  of  grid  points  with 

mean  differences  have  field  significance?    Elmore  et  al.  (2005)  presented  a  nonparametric 

approach  to  this  problem.  Unlike  the  data  considered  in  Elmore  et  al.  (2005),  however,  serial 

correlation  does  not  need  to  be  considered  in  our  data.  Thus,  a  permutation  test  (Efron  and 

Tibshirani  1995;  Elmore  et  al.  2002)  is  more  accurate  than  a  bootstrap  test  of  the  difference 

background image

 

18 

between the means.  The permutation test is performed at each grid point using 10 000 replicates. 

All grid points for which the difference between the means is significant at the 

α

p

 = 0.05 level 

are counted and divided by the total number of grid points, which yields the proportion of the 

grid  containing  significant  differences.    Following  Elmore  et  al.  (2005),  spatial  correlation  is 

accommodated  using  a  Monte  Carlo  process  first  described  in  Livezey  and  Chen  (1989),  and 

dubbed the B method by Wang and Shen (1999).  The B method for this work uses 10 000 trials 

and is performed by combining the two fields (5 outbreaks and 8 nonoutbreaks) into a single data 

matrix with 925 rows and 13 columns.  Hence, 13 values are associated with each grid point. The 

correlation between a uniform random variate at each grid point, as described in Elmore et al. 

(2005),  is  tested  for  significance  at 

α

f

  =  0.05.    The  proportion  of  grid  points  for  which  a 

significant correlation occurs purely by chance yields the minimum proportion of grid points that 

must possess significant difference between the means for field significance at 

α

p

 = 0.05.  For 

the height data, 14.38% of the gridpoints display statistically significant mean differences, and 

12.97%  are  needed  for  field  significance.    Thus,  the  difference  between  these  two  fields  is 

significant at the 

α

f

 = 0.05 level.  

 

These results suggest that landfalling hurricanes that affected Texas require greater deep-

layer (surface–500-hPa) shear over the right-front quadrant in order to spawn a large number of 

tornadoes, as noted by Wills (1969). This greater deep-layer shear is due to several factors.  First, 

the greater geostrophic wind anomaly at 500-hPa for the outbreak composite (Fig. 7c) suggests 

that greater deep-layer shear is present compared with the nonoutbreak events (Fig. 7d). Second, 

the  jet  stream  dipping  equatorward  over  the  central  United  States  toward  Texas  (Fig.  7a) 

suggests that some interaction between the trough and the hurricane may be helping to produce 

more  intense  hurricanes  at  landfall.    As  reviewed  in  Jones  et  al.  (2003,  their  section  3d),  a 

background image

 

19 

moderate  amount  of  shear  associated  with  midlatitude  troughs  in  the  westerlies  is  sometimes 

believed to be responsible for hurricane intensification.  For nonoutbreak hurricanes, the jet is 

much farther poleward, effectively isolating the landfalling storm underneath a large-scale 500-

hPa  ridge  (Fig.  7b) in  much  weaker  deep-layer  shear.    Finally,  the  differences  in  the  500-hPa 

flow over the southeastern United States result in greater deep-layer shear in the outbreak cases 

than  the  nonoutbreak  cases.  The  results  from  these  composites  support  previous  research 

showing that the presence of large deep-layer shear is important for the generation of midlevel 

mesocyclones in supercell thunderstorms (e.g., McCaul and Weisman 1996; McCaul et al. 2004), 

which can spawn tornadoes in the hurricane environment.   

 

Wills (1969), Novlan and Gray (1974), and McCaul (1991) also found that high low-level 

wind shear was present in tornado-producing hurricanes.  The surface–850-hPa (hereafter, low-

level)  wind  shear  also  shows  considerable  differences  between  the  outbreak  and  nonoutbreak 

composites (Figs. 7e, f).  The mean low-level wind shear is 4–8 m  s

-1

 in an onshore direction 

northeast of the landfall location for the outbreak events (Fig. 7e), but is about half as strong (2–

4 m s

-1

) for the nonoutbreak events (Fig. 7f).  To test the statistical significance of this data, only 

4.0% of the data display significantly different shear values, yet as many as 7.4% could display a 

significant difference by chance alone.  Hence, the difference between the surface–850-hPa shear 

for the outbreak and nonoutbreak cases does not possess field significance. 

 

If we increase 

α

p

 to 

0.10 from 0.05, then field significance is obtained with 

α

f

 = 0.05. 

 

Thus,  the  synoptic  composites  bring  some  insight  into  the  potential  causes  for  the 

outbreaks:  greater  deep-layer  shear  and  greater  low-level  shear,  both  associated  with  more 

intense hurricanes, favors mesocyclogenesis and tornadogenesis, respectively.  What causes the 

recurvature?  The composite of outbreak hurricanes that affected Texas suggests that a trough in 

background image

 

20 

the  jet  stream  (Fig.  7a)  may  transport  them  northeastward,  whereas  the  nonoutbreaks  remain 

isolated from the jet (Fig. 7b).  To test this hypothesis on a different set of cases, we examine the 

strongly  recurving  nonoutbreak  hurricanes  over  the  eastern  United  States.    Seven  cases  were 

chosen  from  Table  2  and  their  500-hPa  geopotential  height  fields  were  composited  (Fig.  8).  

These results show that a 500-hPa trough lies to the northwest of the hurricane at landfall (Figs. 

8a,  c),  which,  by  a  day  after  landfall,  has  moved  eastward  (Figs.  8b,  d).    These  results  are 

reminiscent of the northwest composite of extratropical transition over the western North Pacific 

noted  by  Harr  et  al.  (2000).    Furthermore,  the  results  of  Fig.  8  support  those  of  the  synoptic 

composites from the Texas storms in Fig. 7 that hurricane interaction with the jet stream results 

in recurvature.  Whereas this interaction and recurvature may lead to tornado outbreaks in the 

Texas cases, the right-front quadrant tends to be offshore in the east-coast recurvature cases, so 

tornadoes are not likely to be observed over land, if they are even produced at all.   

 

To summarize, simple statistical tests on the location of landfall only provide part of the 

explanation for whether an outbreak occurs. When the statistical methodology is combined with 

synoptic  composites,  physical  insight  is  obtained.    Despite  the  relative  success  of  these 

composites  on  the  synoptic  scale,  mesoscale  and  storm-scale  effects  may  produce  an 

environment  favorable  for  tornadoes  or  a  tornado  outbreak  in  an  atypical  synoptic-scale 

environment, as might have been the case with Beulah’s unusual track.   

Before  leaving  this  discussion,  this  paper  is  not  the  first  attempt  to  relate  the  track  of 

landfalling hurricanes to tornadogenesis.  Novlan and Gray (1975) plotted landfall location and 

tracks for hurricanes that produced tornadoes versus those that did not.  They did not see as clean 

a distinction as we did.  This apparent discrepancy suggests that our approach of distinguishing 

background image

 

21 

outbreak from nonoutbreak is more successful than attempting to distinguish tornado from no-

tornado.  

 

 

5.4 Hurricane origin and date of landfall 

 

Three areas of the North Atlantic Basin were identified as hurricane origin sites.  First, the 

Atlantic  Ocean  was  defined  as  the  area  north  and  east  a  diagonal  line  from  Key  West,  FL, 

southeastward  towards  Cuba,  Haiti,  and  the  Dominican  Republic  ending  near  Trinidad  and 

Tobago.  Next, the Caribbean Sea was defined as the area south and west of the same diagonal 

line  and  south  of  ~23°N  latitude  near  the  Yucatan  Peninsula.    Last,  the  Gulf  of  Mexico  was 

identified as the area north and west of the Yucatan Peninsula and Cuba and waters west of Key 

West,  FL.   The  Atlantic  Ocean  is  the  largest  and  most  active  body  of  water  and  produced  38 

United States hurricane landfalls from 1954–2004.  Furthermore, the Caribbean Sea and Gulf of 

Mexico  formed  34  hurricane  landfalls  that  affected  the  United  States.    Hurricane  origin  was 

investigated  as  a  possible  parameter  that  may  distinguish  between  outbreak  and  nonoutbreak 

hurricanes, yet no significant relationship was found. 

 

Additionally,  date  of  landfall  was  inspected  in  order  to  determine  if  outbreak  and 

nonoutbreak hurricanes favor a certain time of year.  To distinguish between outbreak hurricanes 

and  nonoutbreak  hurricanes,  Fig.  9  shows  the  ranked  distribution  of  landfall  date  for  each 

classification.  There appears to be a small gap in outbreak hurricanes between June and August 

(Fig. 9), consistent with Hagemeyer (1997) who showed that the months of July and August had 

a  relative  deficiency  in  tornado  reports  for  Florida  peninsular  outbreaks.    One  possible 

explanation for this shortage was noted by Hagemeyer and Schmocker (1991).  They found that, 

in  the  middle  of  the  wet  season  (July  and  August  in  Florida),  tornado  environments  were 

background image

 

22 

characterized by weak lower-tropospheric winds and very low shear; consequently contributing 

to the lack of tornadogenesis in the region.  Even though date of landfall was not found to be a 

statistically  significant  parameter  in  distinguishing  between  outbreak  and  nonoutbreak 

hurricanes, it is interesting to note the general lack of outbreak cases in July.    

 

5.5 El Niño-Southern Oscillation (ENSO) phase 

 

There have been many studies on the effect of ENSO on hurricanes in the North Atlantic 

basin (e.g., Gray 1984; Bove et al. 1998; Pielke and Landsea 1999; Larson et al. 2005).  These 

studies show that El Niño events suppress hurricane and tropical storm activity because of the 

abnormally strong upper-tropospheric westerlies in the western Atlantic and Caribbean.  La Niña 

events, on the other hand, increase the number of hurricanes and tropical storms in the Atlantic 

basin,  increase  the  frequency  of  damaging  landfalling  storms,  and  increase  the  amount  of 

damage  per  storm.    Hagemeyer  (1999)  found  the  relationship  between  ENSO  and  hurricane-

spawned tornadoes in Florida to be unclear.  To attempt to resolve some of these discrepancies, 

we  examined  the  effect  of  ENSO  on  tornado  outbreaks  associated  with  hurricanes  with  our 

dataset.  

 

Rasmusson  and  Carpenter  (1982)  demonstrated  that  sea-surface  temperature  (SST) 

anomalies can identify the onset of an El Niño event in late spring to early summer, and the peak 

in SST anomalies occur in December, January, and February (i.e., Northern Hemisphere winter).  

To  determine  the  phase  of  ENSO  during  the  months  of  peak  hurricane  activity  (August, 

September, and October), we used the Climate Prediction Center’s Oceanic Niño Index (ONI) 

for 

Niño 

3.4 

SST 

anomalies 

based 

on 

the 

1971–2000 

period 

(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ensoyears.shtml).    The 

background image

 

23 

ONI  indicates  an  El  Niño  event  when  the  Niño  3.4  SST  anomaly  is  greater  than  or  equal  to 

0.5

°

C,  and  a  La  Niña  event  when  the  anomaly  is  less  than  or  equal  to  â€“0.5

°

C.    Anomalies 

between  â€“0.5

°

C  and  0.5

°

C  are  considered  neutral  years.    Figure  10  illustrates  each  hurricane 

classification and the respective El Niño, neutral, or La Niña phase during August, September, 

and October of the hurricane year.  More hurricanes occurred during non El Niño years (26 in 

neutral  phases;  28  in La  Niña  phases)  than  in  El  Niño  years  (18),  in  agreement  with  previous 

studies (e.g., Gray 1984; Bove et al. 1998; Pielke and Landsea 1999; Larson et al. 2005).  Six 

outbreak hurricanes occurred during El Niño events and seven occurred during La Niña events.  

Therefore,  if  a  landfalling  hurricane  occurred  during  an  El  Niño  year,  the  event  had  a  higher 

chance of being associated with a tornado outbreak (6 outbreaks of 18, or 33%), as opposed to if 

the  hurricane  occurred  during  non El  Niño  (neutral  or La  Niña)  years  (12  outbreaks  of  54,  or 

22%).    However,  a  statistically  significant  relationship  was  not  found  between  outbreak  and 

nonoutbreak hurricanes and El Niño versus non-El Niño years using a chi-square test and one 

degree  of  freedom  (

p

  value=0.26).  A  much  longer  period  of  observations  will  be  required  to 

assess  whether  this  relationship  is  significant  or  just  due  to  random  variations  and  the  small 

sample size. 

 

6.  Summary and Conclusions 

 

This study examined all landfalling hurricanes that affected the United States from 1954 to 

2004.  Criteria developed by Verbout et al. (2005) was used to examine days with a large number 

of tornadoes across the United States (big tornado days) and later to develop a dataset of tornado 

outbreaks  associated  with  hurricanes  and  nonoutbreak  hurricanes.    The  results  of  the  present 

study, as well as a review of the previous literature, indicates the following characteristics are 

background image

 

24 

capable of distinguishing landfalling hurricanes that produce tornado outbreaks from those that 

do not.   

 

More  intense  hurricanes  are  more  likely  to  produce  tornadoes  (Novlan  and  Gray  1974; 

Gentry  1983;  McCaul  1991;  this  study).    Hurricanes  that  are  weakening  are  more  likely  to 

produce tornadoes (Hill et al. 1966; Novlan and Gray 1974), although this effect may be more 

likely due to the fact that most hurricanes are weakening as they approach land.     

 

Previous studies have argued that hurricanes recurving to the northeast were more likely to 

produce tornadoes than those moving westward (Smith 1965; Hill et al. 1966; Novlan and Gray 

1974).    By  exception,  one  of  the  most  prolific  tornado-producing  storms,  Hurricane  Beulah 

(1967),  did  not  behave  in  this  manner  (Fig.  1).    Although  there  is  some  skepticism  about  the 

validity of this rule (Novlan and Gray 1974), nearly all our outbreak cases (Fig. 6a) exhibited 

recurvature over the southern or eastern United States.  By contrast, nearly all our nonoutbreak 

cases (Fig. 6b) did not recurve or recurved along or off the eastern United States.  Composite 

synoptic  analyses  for  landfalling  hurricanes  that  affected  Texas  show  that  distinct  synoptic 

patterns  distinguish  outbreaks  from  nonoutbreaks  due  to  the  location  of  the  jet  stream.  

Outbreaks were associated with a 500-hPa trough over the north-central United States, allowing 

the jet stream to dip equatorward over the central United States (Fig. 7a).  With such a synoptic 

pattern,  landfalling  hurricanes  that  affected  Texas  experienced  recurvature  quickly  (Fig.  6a).  

Nonoutbreaks,  on  the  other  hand,  were  associated  with  a  500-hPa  ridge  over  the  north-central 

United States and a jet stream in southern Canada (Fig. 7b).  As such, recurvature was less likely, 

and the tracks of Texas nonoutbreak hurricanes showed a westward or northwestward track once 

onshore (Fig. 6b).   

background image

 

25 

 

Hurricanes  that  recurve  along  or  off  the  eastern  United  States  do  not  produce  tornado 

outbreaks because their right-front quadrant is not over the land for an extended period of time 

(Hill et al. 1966; Novlan and Gray 1974; McCaul 1991; this study).  Most tornadoes are found in 

the  right-front  quadrant  relative  to  the  motion  of  the  hurricane  (Malkin  and  Galway  1953; 

Pearson  and  Sadowski  1965;  Smith  1965;  Orton  1970;  Novlan  and  Gray  1974;  Gentry  1983; 

McCaul  1991).    This  quadrant  is  where  the  greatest  deep-layer  shear  and  helicity  are  found 

(McCaul  1991;  Bogner  et  al.  2000),  typical  ingredients  for  mesocyclogenesis  and 

tornadogenesis, respectively.  Air parcels in the right-front quadrant also have a recent history of 

being  over  water,  and  the  right-front  quadrant  is where  convection  tends  to  be  strongest  (e.g., 

Gentry  1983).    Outbreak  hurricanes  have  stronger  low-level  wind  shear  than  nonoutbreak 

hurricanes  (Wills  1969;  Novlan  and  Gray  1974;  McCaul  1991;  this  study).    This  result  is 

consistent with the requirement for strong low-level wind shear for tornadogenesis. 

 

Gray (1984), Bove et al. (1998), Pielke and Landsea (1999), Larson et al. (2005) and this 

study have shown that Atlantic basin hurricanes tend to occur during non El Niño years.  The 

number of outbreak hurricanes, however, was nearly evenly split between El Niño and La Niña 

years.    This  study  also  found  the  following  characteristics  were  not  useful  for  distinguishing 

outbreaks from nonoutbreaks: storm origin and date of landfall.   

 

The  results  of  this  study  allow  forecasters  to  identify  the  factors  that  affect  tornado 

outbreaks  with  landfalling  hurricanes,  with  the  goal  of  being  better  able  to  anticipate  these 

events.  As our results show, the statistics  suggest better discrimination between outbreak  and 

nonoutbreak hurricanes rather than the occurrence of tornadoes or no tornadoes.  This effect may 

explain some contradictory results in the previous literature. 

 

 

background image

 

26 

Acknowledgments

.    We  thank  Dan  McCarthy  and  NOAA/NWS/Storm  Prediction  Center  for 

providing  the  tornado  data  and  the  NOAA/NWS/Tropical  Prediction  Center  for  providing  the 

hurricane data.  Thanks to Brad Barrett for his assistance with the hurricane data.  Schultz thanks 

Paul Hoffmann (MIT) for his early collaboration on this topic.  This manuscript benefited from 

the comments from Richard Thompson and several anonymous reviewers.  Verbout was funded 

by a research assistantship through U.S. Office of Naval Research grant N00014-0021-1-0181. 

Funding  for  Schultz  was  provided  by  NOAA/OAR/NSSL  under  NOAA–OU  Cooperative 

Agreement NA17RJ1227. 

background image

 

27 

REFERENCES 

 

 
Bogner PB, Barnes GM, Franklin JL (2000) Conditional instability and shear for six hurricanes 

over the Atlantic Ocean. Wea Forecasting 15: 192–207 

 

Bove  MC,  Elsner  JB,  Landsea  CW,  Niu  X,  O’Brien  JJ  (1998)  Effect  of  El  Niño  on  U.  S. 

landfalling hurricanes, revisited. Bull Amer Meteor Soc 79: 2477–2482 

 

Brooks  HE,  Doswell  CA  III,  Kay  MP  (2003)  Climatological  estimates  of  local  daily  tornado 

probability for the United States. Wea Forecasting 18: 626–640 

 

Curtis  L  (2004)  Midlevel  dry  intrusions  as  a  factor  in  tornado  outbreaks  associated  with 

landfalling tropical cyclones from the Atlantic and Gulf of Mexico. Wea Forecasting 19: 411–

427 

 

Doswell CA III, Burgess DW (1988) On some issues of United States tornado climatology.  Mon 

Wea Rev 116: 495–501 

 

Efron B, Tibshirani RJ (1993) An Introduction to the Bootstrap. Chapman and Hall 436 pp 

 

Elmore KL, Stensrud DJ, Crawford KC (2002) Ensemble cloud model applications to forecasting 

thunderstorms.  J Appl Meteor 41: 363–383 

 

background image

 

28 

______,  Baldwin  ME,  Schultz  DM  (2005)  Field  significance  revisited:  Spatial  bias  errors  in 

forecasts as applied to the Eta model. Mon Wea Rev in press 

 

Franklin JL, McAdie CJ, Lawrence MB (2003) Trends in track forecasting for tropical cyclones 

threatening the United States, 1970–2001. Bull Amer Meteor Soc 84: 1197–1203  

 

Galway JG (1975) Relationship of tornado deaths to severe weather watch areas. Mon Wea

 

Rev 

103: 737–741 

 

_____ (1977) Some climatological aspects of tornado outbreaks. Mon Wea Rev 105: 477–484 

 

Gentry RC (1983) Genesis of tornadoes associated with hurricanes. Mon Wea Rev 111: 1793–

1805 

 

Gray RW (1919) A tornado within a hurricane area. Mon Wea Rev 47: 639–639 

 

Gray WM (1984) Atlantic seasonal hurricane frequency, Part I: El Niño and 30 mb quasibiennial 

oscillation influences. Mon Wea Rev 115: 1649–1668 

 

Grazulis TP (1993) Significant Tornadoes, 1680–1991. Environmental Films 1326 pp 

 

Hagemeyer BC (1997) Peninsular Florida tornado outbreaks. Wea Forecasting 12: 399–427 

 

background image

 

29 

_____ (1998) Significant tornado events associated with tropical and hybrid cyclones in Florida. 

Preprints 16th Conf on Weather Analysis and Forecasting Phoenix, AZ Amer Meteor Soc: 4–6 

 

_____  (1999)  El  Nino  and  significant  tropical  and  hybrid  cyclone  tornado  events  in  Florida. 

Preprints  23rd  Conf  on  Hurricanes  and  Tropical  Meteorology  Dallas,  TX  Amer  Meteor  Soc: 

415–418 

 

_____,  Hodanish  SJ  (1995)  Florida  tornado  outbreaks  associated  with  tropical  cyclones.  

Preprints 21st Conf on Hurricanes and Tropical Meteorology Miami, FL Amer Meteor Soc: 312–

314 

 

_____, Schmocker GK (1991) Characteristics of east central Florida tornado environments. Wea 

Forecasting 6: 499–514 

 

_____,  Spratt  SM  (2002)  Thirty  years  after  Hurricane  Agnes—The  forgotten  Florida  tornado 

disaster.    Preprints  25th  Conf  on  Hurricanes  and  Tropical  Meteorology  San  Diego,  CA  Amer 

Meteor Soc: 422–423 

 

Harr  PA,  Elsberry  RL,  Hogan  TF  (2000)  Extratropical  transition  of tropical  cyclones  over  the 

western North Pacific.  Part II: The impact of midlatitude circulation characteristics. Mon Wea 

Rev 128: 2634–2653 

 

background image

 

30 

Hill EL, Malkin W, Schulz WA Jr (1966) Tornadoes associated with cyclones of tropical origin– 

practical features. J Appl Meteor 5: 745–763 

 

Hills GB (1929) The September 28, 1929, tornado in Fort Lauderdale, Fla. Mon Wea Rev 57: 

420–421 

 

Hoadley DK (1981) A Tropical Storm David tornado in Fairfax County—September 1979. Bull 

Amer Meteor Soc 62: 498–507  

 

Jones  SC,  Coauthors  (2003)  The  extratropical  transition  of  tropical  cyclones:  Forecast 

challenges, current understanding, and future directions. Wea Forecasting 18

:

 1052–1092 

 

Kalnay E, Coauthors (1996) The NCEP/NCAR 40–Year Reanalysis project. Bull Amer Meteor 

Soc 77: 437–471 

 

Landsea  CW,  Coauthors  (2004)  A  reanalysis  of  Hurricane  Andrew’s  intensity.  Bull  Amer 

Meteor Soc 85: 1699–1712  

 

Larson  J,  Zhou  Y,  Higgins  RW  (2005)  Characteristics  of  landfalling  tropical  cyclones  in  the 

United States and Mexico: Climatology and interannual variability. J Climate 18

:

 1247–1262 

 

Livezey RE, Chen WY (1983) Statistical field significance and its determination by Monte Carlo 

techniques. Mon Wea Rev 111: 46–59 

background image

 

31 

 

Malkin W, Galway JG (1953) Tornadoes associated with hurricanes as illustrated by Franconia, 

Va., tornado, September 1, 1952. Mon Wea Rev 81: 299–303 

 

McCarthy DW (2003) NWS tornado surveys  and the impact on the national tornado database. 

Preprints First Symposium on F-scale and Severe Weather Damage Assessment Long Beach, CA 

Amer Meteor Soc CD-ROM: 3.2 

 

McCaul EW Jr (1987) Observations of the Hurricane â€œDanny” tornado outbreak of 16 August 

1985. Mon Wea Rev 115: 1206–1223 

 

______ (1991) Buoyancy and shear characteristics of hurricane-tornado environments. Mon Wea 

Rev 119: 1954–1978 

 

______, Weisman ML (1996) Simulations of shallow supercell storms in landfalling hurricane 

environments. Mon Wea Rev 124: 408–429 

 

______, Buechler DE, Goodman SJ, Cammarata M (2004) Doppler radar and lightning network 

observations of a severe outbreak of tropical cyclone tornadoes. Mon Wea Rev 132: 1747–1763 

 

Neumann  CJ,  Jarvinen  BR,  McAdie  CJ,  Hammer  GR  (1999)  Tropical  Cyclones  of  the  North 

Atlantic  Ocean,  1871–1998.  Historical  Climatology  Series  6-2.  National  Climatic  Data  Center 

background image

 

32 

Asheville,  NC  in  cooperation  with  the  Tropical  Prediction  Center/  National  Hurricane  Center 

Miami, FL 206 pp 

 

Novlan DJ, Gray WM (1974) Hurricane-spawned tornadoes. Mon Wea Rev 102: 476–488   

 

______ (1975) Reply. Mon Wea Rev 103: 1021–1023 

 

Orton R (1970) Tornadoes associated with  Hurricane Beulah on September 19-23, 1967. Mon 

Wea Rev 98: 541–547 

 

Pearson A (1975) Comments on â€œHurricane-spawned tornadoes.” Mon Wea Rev 103: 1021 

 

______, Sadowski AF (1965) Hurricane-induced tornadoes and their distribution. Mon Wea Rev 

93: 461–464 

 

Pielke  RA  Jr,  Landsea  CW  (1999)  La  Niña,  El  Niño,  and  Atlantic  hurricane  damages  in  the 

United States. Bull Amer Meteor Soc 80: 2027–2033 

 

______, Pielke RA Sr (1997) 

Hurricanes: Their Nature and Impacts on

 

Society

. John Wiley and 

Sons Press 279 pp 

 

Rasmusson EM, Carpenter TH (1982) Variations in tropical sea surface temperature and surface 

wind fields associated with the Southern Oscillation/El Niño. Mon Wea Rev 110: 354–384 

background image

 

33 

 

Rudd MI (1964) Tornadoes during Hurricane Carla at Galveston. Mon Wea Rev 92: 251– 254 

 

Sadowski AF (1962) Tornadoes associated with Hurricane Carla, 1961. Mon Wea Rev 90: 514–

516 

 

Smith JS (1965) The hurricane-tornado. Mon Wea Rev 93: 453–459 

 

Spratt  SM,  Sharp  DW,  Welsh  P,  Sandrik  A,  Alsheimer  F,  Paxton  C  (1997)  A  WSR-88D 

assessment of tropical cyclone outer rainband tornadoes. Wea Forecasting 12: 479–501 

 

Stiegler DJ, Fujita TT (1982) A detailed analysis of the San Marcos, Texas tornado induced by 

Hurricane  â€œAllen”  on  10  August,  1980.  Preprints  12th  Conf  on  Severe  Local  Storms  Amer 

Meteor Soc: 371–374 

 

Tannehill IR (1938) Hurricanes: Their Nature and History

.

 Princeton University Press 257 pp   

 

Verbout SM, Brooks HE, Leslie LM, Schultz DM (2005) Evolution of the United  States  tornado 

database: 1954–2003. Wea Forecasting 21: 86-93  

 

Wang X, Shen SS (1999) Estimation of spatial degrees of freedom of a climate field. J Climate

 

12: 1280–1291 

 

background image

 

34 

Watson AI, Jamski MA, Turnage TJ, Bowen JR, Kelley JC (2005) The tornado outbreak across 

the north Florida panhandle in association with Hurricane Ivan. Preprints 32d Radar Conf Amer 

Meteor Soc CD-ROM: 10R.3 

 

Weiss SJ (1985) On the operational forecasting of tornadoes associated with tropical cyclones.  

Preprints 14th Conf on Severe Local Storms Indianapolis, IN Amer Meteor Soc: 293–296 

 

______  (1987)  Some  climatological  aspects  of  forecasting  tornadoes  associated  with  tropical 

cyclones.    Preprints  17th  Conf  on  Hurricanes  and  Tropical  Meteorology  Miami,  FL  Amer 

Meteor Soc: 160–163 

 

Wilks DS (1995) Statistical Methods in the Atmospheric Sciences. Academic Press 467 pp 

 

Wills  TG  (1969)  Characteristics  of  the  tornado  environment  as  deduced  from  proximity 

soundings. Preprints 6th Conf on Severe Local Storms Chicago, IL Amer Meteor Soc: 222–229 

background image

 

35 

TABLE CAPTIONS 

Table 1.  Outbreak cases listed by landfall date.  Hurricane name, landfall date, Saffir–Simpson 

category at time of landfall, total number of reported tornadoes, and number of F1 and greater 

tornadoes  are  given.  

#

 Indicates  landfall  that  affected  Texas  (section  5c);  *  indicates  multiple 

landfalls and location. 

 

Table 2.  Same as Table 1 except for nonoutbreak cases.  ! Indicates hurricanes that narrowly 

made  landfall; 

#

  indicates  landfall  that  affected  Texas; 

&

  indicates  east  coast  recurver  (section 

5c). 

 

Table 3.  Same as Table 1 except for midclass cases. 

background image

 

36 

FIGURE CAPTIONS 

Fig. 1.  Track of Hurricane Beulah (1967) from 20–22 Sept.  Hollow circles indicate center of 

circulation  at  0000  UTC  on  each  day.    Thin  line  denotes  a  distance  of  100  nm  from  shore.  

Individual tornado reports are marked with small plus signs. 

 

Fig. 2.  Annual number of reported tornadoes (triangles) and annual number of F1 and greater 

reported  tornadoes  (circles)  from  1954  to  2004.    Black  line  and  dashed  line  indicate  linear 

regression fit to each series. 

 

Fig. 3.  Dashed line (scale on left side of graph) is the probability of having any tornado reported 

somewhere in the United States by day of year, based on the 1980–1999 record (Brooks et al. 

2003).  Solid black line (black scale on right side of graph) displays the probability of a single 

day having at least 1.5% of the expected annual value and at least 8 F1 and greater tornadoes 

reported,  based  on  the  1954–2004  record.    Solid  gray  line  (gray  scale  on  right  side  of  graph) 

displays the probability distribution of all outbreak hurricane cases from 1954–2004.  Solid black 

curve is scaled by a factor of 9 and solid gray curve is scaled by a factor of 30.  Curves were 

generated using kernel density estimation with a Gaussian smoother with 

σ

t

 = 15 days (Brooks et 

al. 2003).   

 

Fig. 4.  Graph of the number of tornadoes associated with 1.5% of the linear regression value 

(triangles) and 0.5% of the linear regression value (circles) for each year (1954–2004).   

 

background image

 

37 

Fig. 5.  Number of outbreak (black), midclass (gray hatched), and nonoutbreak (gray) hurricanes 

listed by Saffir–Simpson category (1-5) at time of landfall.  Category 0 represents storms that 

were not hurricane strength at time of landfall. 

 

Fig. 6.  Tracks of hurricanes that affected the United States (1954–2004).  (a) outbreak hurricane 

tracks; (b) nonoutbreak hurricane tracks; and (c) midclass hurricane tracks. 

 

Fig. 7.  Composite fields for landfalling hurricanes that affected Texas with tornado outbreaks 

(left) and nonoutbreaks (right) (Tables 1 and 2).  (a) and (b) mean 500-hPa geopotential height 

(every  25  m);  (c)  and  (d)  anomaly  500-hPa  geopotential  height  from  1968–1996  climatology 

(every 10 m); and (e) and (f) mean surface–850-hPa wind-shear magnitude (shaded every 2 m s

-

1

)  and  direction  (vectors).    Composite  maps  were  provided  by  the  NOAA–CIRES  Climate 

Diagnostics Center, Boulder, Colorado (http://www.cdc.noaa.gov). 

 

Fig. 8.  Composite fields for east coast landfalling hurricanes associated with nonoutbreaks for 

(a) and (c) day of landfall and (b) and (d) day after landfall (Table 2).  (a) and (b) mean 500-hPa 

geopotential height (every 25 m); (c) and (d) anomaly 500-hPa geopotential height from 1968–

1996 climatology (every 10 m).  Composite maps were provided by the NOAA–CIRES Climate 

Diagnostics Center, Boulder, Colorado (http://www.cdc.noaa.gov). 

 

Fig. 9.  Ranked distribution of outbreak (triangles) and nonoutbreak (circles) hurricanes by date 

from 1954 to 2004.   

 

background image

 

38 

Fig.  10.    Number  of  outbreak  (black),  midclass  (gray  hatched),  and  nonoutbreak  (gray) 

hurricanes  by  ENSO  phase.   ENSO  phase  was  determined  by  the  Climate  Prediction  Center’s 

Niño 3.4 sea surface temperature anomalies for Aug, Sep, and Oct.   

background image

 

39 

Table 1.  Outbreak cases listed by landfall date.  Hurricane name, landfall date, Saffir–Simpson 

category at time of landfall, total number of reported tornadoes, and number of F1 and greater 

tornadoes  are  given.  

#

 Indicates  landfall  that  affected  Texas  (section  5c);  *  indicates  multiple 

landfalls and location. 

Name 

Date of Landfall  Cat. @ Landfall 

Total Tors 

F1+ 

#

Audrey 

6/27/1957 

22 

17 

#

Carla 

9/11/1961 

20 

19 

Cleo   

8/27/1964 

12 

Hilda 

10/4/1964 

12 

10 

#

Beulah 

9/20/1967 

117 

21 

Edith (LA) * 

9/16/1971 

16 

15 

Agnes (FL) * 

6/19/1972 

28 

22 

Babe 

9/5/1977 

14 

13 

David 

9/3/1979 

34 

26 

#

Allen 

8/10/1980 

29 

19 

Danny 

8/15/1985 

42 

29 

#

Gilbert 

9/16/1988 

41 

13 

Andrew (LA) * 

8/26/1992 

56 

23 

Opal 

10/4/1995 

32 

Georges 

9/28/1998 

46 

21 

Frances 

9/5/2004 

99 

36 

Ivan 

9/16/2004 

117 

68 

Jeanne 

9/26/2004 

40 

14 

background image

 

40 

#

 Texas landfall 

 

 

 

 

* multiple landfall 

 

 

 

 

background image

 

41 

Table 2.  Same as Table 1 except for nonoutbreak cases.  ! Indicates hurricanes that narrowly 

made  landfall; 

#

  indicates  landfall  that  affected  Texas; 

&

  indicates  east  coast  recurver  (section 

5c). 

Name 

Date of Landfall  Cat. @ Landfall 

Total Tors 

F1+ 

#

Alice 

6/25/1954 

Hazel 

10/15/1954 

!&

 Diane 

8/17/1955 

!&

 Ione 

9/19/1955 

!&

 Cindy 

7/9/1959 

#

Debra 

7/25/1959 

Donna (S. FL)* 

9/10/1960 

Donna (CT)* 

9/12/1960 

#

Cindy 

9/17/1963 

Dora 

9/10/1964 

Isbell (NC)* 

10/16/1964 

Betsy (S. FL)* 

9/8/1965 

Alma 

6/9/1966 

Gladys 

10/19/1968 

Camille 

8/18/1969 

Fern (LA)* 

9/4/1971 

#

Fern (TX)* 

9/10/1971 

Edith (S. TX) * 

9/14/1971 

Agnes (NY) * 

6/22/1972 

background image

 

42 

&

 Diana 

9/13/1984 

Bob (S. FL)* 

7/23/1985 

Bob (SC)* 

7/24/1985 

!& 

Gloria 

9/27/1985 

Kate 

11/21/1985 

!& 

Charley 

8/17/1986 

Florence 

9/10/1988 

#

Chantal 

8/1/1989 

&

 Hugo 

9/22/1989 

Bob (MA)* 

8/19/1991 

Andrew (FL) * 

8/24/1992 

Fran 

9/6/1996 

#

Bret 

8/23/1999 

Dennis 

9/5/1999 

Irene 

10/15/1999 

Gordon 

9/18/2000 

#

Claudette 

7/15/2003 

Isabel 

9/18/2003 

!

 narrowly made 

landfall 

 

 

 

 

#

 Texas landfall 

 

 

 

 

&

 east coast recurver 

 

 

 

 

* multiple landfall 

 

 

 

 

background image

 

43 

Table 3.  Same as Table 1 except for midclass cases. 

Name 

Date of Landfall  Cat. @ Landfall 

Total Tors 

F1+ 

Connie 

8/12/1955 

Flossy 

9/24/1956 

Gracie 

9/29/1959 

Donna (NC)* 

9/11/1960 

Ethel 

9/15/1960 

Isbell (S. FL)* 

10/14/1964 

Betsy (LA)* 

9/10/1965 

Celia 

8/3/1970 

Carmen 

9/8/1974 

Eloise  

9/23/1975 

Bob  

7/11/1979 

Frederic 

9/13/1979 

10 

Alicia 

9/18/1983 

22 

Elena 

9/2/1985 

Juan 

10/29/1985 

12 

Bonnie 

6/26/1986 

Jerry  

10/16/1989 

Bob (NC)* 

8/18/1991 

Gordon 

11/16/1994 

Allison 

6/5/1995 

Erin 

8/2/1995 

12 

background image

 

44 

Bertha 

7/13/1996 

14 

Danny 

7/18/1997 

12 

Bonnie 

8/27/1998 

Floyd 

9/16/1999 

16 

Lili 

10/3/2002 

26 

Charley (S. FL)* 

8/13/2004 

12 

Charley (SC)* 

8/14/2004 

* multiple landfall   

 

 

 

background image

 

45 

 

Fig. 1.  Track of Hurricane Beulah (1967) from 20–22 Sept.  Hollow circles indicate center of 

circulation  at  0000  UTC  on  each  day.    Thin  line  denotes  a  distance  of  100  nm  from  shore.  

Individual tornado reports are marked with small plus signs.      

background image

 

46 

Fig. 2.  Annual number of reported tornadoes (triangles) and annual number of F1 and greater 

reported  tornadoes  (circles)  from  1954  to  2004.    Black  line  and  dashed  line  indicate  linear 

regression fit to each series. 

background image

 

47 

Fig. 3.  Dashed line (scale on left side of graph) is the probability of having any tornado reported 

somewhere in the United States by day of year, based on the 1980–1999 record (Brooks et al. 

2003).  Solid black line (black scale on right side of graph) displays the probability of a single 

day having at least 1.5% of the expected annual value and at least 8 F1 and greater tornadoes 

reported,  based  on  the  1954–2004  record.    Solid  gray  line  (gray  scale  on  right  side  of  graph) 

displays the probability distribution of all outbreak hurricane cases from 1954–2004.  Solid black 

curve is scaled by a factor of 9 and solid gray curve is scaled by a factor of 30.  Curves were 

generated using kernel density estimation with a Gaussian smoother with 

σ

t

 = 15 days (Brooks et 

al. 2003).   

background image

 

48 

Fig. 4.  Graph of the number of tornadoes associated with 1.5% of the linear regression value 

(triangles) and 0.5% of the linear regression value (circles) for each year (1954–2004).   

background image

 

49 

Fig. 5.  Number of outbreak (black), midclass (gray hatched), and nonoutbreak (gray) hurricanes 

listed by Saffir–Simpson category (1-5) at time of landfall.  Category 0 represents storms that 

were not hurricane strength at time of landfall. 

background image

 

50 

 

 

 

Fig. 6.  Tracks of hurricanes that affected the United States (1954–2004).  (a) outbreak hurricane 

tracks; (b) nonoutbreak hurricane tracks; and (c) midclass hurricane tracks.   

 

background image

 

51 

 

Fig. 7.  Composite fields for landfalling hurricanes that affected Texas with tornado outbreaks 

(left) and nonoutbreaks (right) (Tables 1 and 2).  (a) and (b) mean 500-hPa geopotential height 

(every  25  m);  (c)  and  (d)  anomaly  500-hPa  geopotential  height  from  1968–1996  climatology 

background image

 

52 

(every 10 m); and (e) and (f) mean surface–850-hPa wind-shear magnitude (shaded every 2 m s

-

1

)  and  direction  (vectors).    Composite  maps  were  provided  by  the  NOAA–CIRES  Climate 

Diagnostics Center, Boulder, Colorado (http://www.cdc.noaa.gov). 

background image

 

53 

 

Fig. 8.  Composite fields for east coast landfalling hurricanes associated with nonoutbreaks for  

(a) and (c) day of landfall and (b) and (d) day after landfall (Table 2).  (a) and (b) mean 500-hPa 

geopotential height (every 25 m); (c) and (d) anomaly 500-hPa geopotential height from 1968–

1996 climatology (every 10 m).  Composite maps were provided by the NOAA–CIRES Climate 

Diagnostics Center, Boulder, Colorado (http://www.cdc.noaa.gov). 

background image

 

54 

Fig. 9.  Ranked distribution of outbreak (triangles) and nonoutbreak (circles) hurricanes by date 

from 1954 to 2004.   

background image

 

55 

Fig.  10.    Number  of  outbreak  (black),  midclass  (gray  hatched),  and  nonoutbreak  (gray) 

hurricanes  by  ENSO  phase.   ENSO  phase  was  determined  by  the  Climate  Prediction  Center’s 

Niño 3.4 sea surface temperature anomalies for Aug, Sep, and Oct.