background image

Atmospheric Research, Manuscript No.

An updated estimate of tornado occurrence in Europe

Nikolai Dotzek

DLR–Institut fĂĽr Physik der Atmosphäre,

Oberpfaffenhofen, D–82234 Wessling, Germany

Special Issue: Proc. 2nd European Conf. on Severe Storms

Received 15 October 2002, in revised form dd March 2003

Corresponding author’s address:

Dr. Nikolai Dotzek

DLR–Institut fĂĽr Physik der Atmosphäre,

Oberpfaffenhofen, D–82234 Wessling, Germany.

eMail: nikolai.dotzek@dlr.de, http://www.op.dlr.de/Ëśpa4p/

Tel: +49–8153–28–1845, Fax: +49–8153–28–1841.

background image

Atmos. Res., in press.

An updated estimate of tornado occurrence in Europe

Nikolai Dotzek

DLR–Institut fĂĽr Physik der Atmosphäre,

Oberpfaffenhofen, D–82234 Wessling, Germany

Received 15 October 2002, in revised form dd March 2003

Abstract

Results from a survey on average tornadic activity in Europe conducted among the partic-

ipants of the ECSS 2002 conference are presented. Compared to Alfred Wegener’s 1917

estimate of â€śat least 100 tornadoes per year in Europe” the present survey shows a total

of 329

12 tornadoes over land and water per year based on observations, and more than

twice as many cases (697

36) for an estimate of the expected true climatological number,

accounting for present underreporting in many European countries. Traditionally, Euro-

pean tornado numbers include waterspouts. For comparison to the current number of 1170

observed tornadoes over land per year in the USA, the European numbers are 169

9 per

year based on observations, and 304

25 based on estimates. As European severe weather

research is rapidly developing, one can expect less underreporting in the future, leading to

an augmented database for upcoming surveys like the present one.

Keywords: Tornado; Waterspout; Climatology; Europe

1

Introduction

After the European Conference on Tornadoes and Severe Storms (ETSS) held in Toulouse in

February 2000 (Snow and Dessens, 2001), one question remained unanswered: How many

tornadoes are there in Europe as a whole on average each year?

During the ETSS follow–up, the European Conference on Severe Storms (ECSS 2002) in

Prague, the author distributed a survey among the participants coming from 28 different coun-

tries, to update an estimate of this important number which has stood for over eight decades:

Alfred Wegener (1917, p. 84) gave this estimate of â€śat least 100 tornadoes per year in Europe”

based on his thorough analysis of historical and contemporary tornado reports.

1

background image

In his book, he stated that â€śTornadoes and waterspouts are identical phenomena, only that

the former term is used over land, while the latter is used over the sea. Should it happen that

small underlying differences between the two are discovered, something that has certainly not

happened until now, these will presumably be attributable to the differences in surface friction”

(Wegener, 1917, p. 3, cf. App. A).

Further, he defined tornadoes and waterspouts alike as â€ślarge vortices with vertical axis

extending from the base of a cumulonimbus cloud to the surface, visible completely or in part

through condensation or, in the lower part through dust, in the form of a pendant cone, funnel,

hose or column. In a track typically on the order of hundreds of meters wide, with intense

convergence towards the region of strongly reduced air pressure around the vortex axis, they in

general cause damage of a kind not observed in even the strongest larger scale storms” (Wege-

ner, 1917, p. 5, cf. App. A).

These definitions were well ahead of their time. The often–cited, but not very helpful, def-

inition of the Glossary of Meteorology’s first edition (Huschke, 1959) has been a subject of

criticism for many years. Only recently, the second edition of the Glossary (Glickman, 2000)

provided a similar definition to Wegener’s given 83 years before. In this paper, the notion

is adopted that tornadoes and waterspouts represent the same basic physical phenomenon de-

scribed by Wegener’s and Glickman’s definitions.

To address the question on how many tornadoes there are in Europe, Sec. 2 reviews the data

from the ECSS 2002 survey, while Sec. 3 briefly discusses the data and current European severe

weather research activities. Sec. 4 presents the conclusions.

2

Survey data

A total of 26 survey forms were returned, including two slightly differing ones from Germany.

All names of participants were given on the forms. Usually one, but up to five people contributed

to each form. These participants were well–acquainted with their national tornado climatology

or even keepers of the national tornado record.

The survey data are outlined in Table 1 for tornadoes over land surfaces, and in Table 2

for tornadoes over water surfaces, i. e. waterspouts. Both tables give two different sets of

numbers. First, the survey participants were asked to give the average number of tornadoes and

waterspouts per year based on historical or recent observations. Second, the survey asked for

2

background image

any available estimate of the â€śtrue” number of events per year, in order to get an impression of

the expected current underreporting of events in the participating countries.

Both Tables 1 and 2 give the numbers per year per country. For Norway and Sweden,

Denmark, and the Mediterranean Isles Malta and Cyprus no first–hand information on tor-

nado observations was available among the ECSS participants. However, from the Tornado and

Storm Research Organisation (TORRO) database, Terence Meaden provided estimated numbers

for these countries. Therefore, it should be kept in mind that observational data are available

from 25 countries, while estimates of tornado occurrence are provided for 28 locations here.

Whenever on a survey form ranges for the observed or estimated numbers of tornadoes and

waterspouts per year were given, the minimum and maximum values in Tables 1 and 2 indicate

the lower and upper bound of that range. In this way, at least a proxy for the real uncertainty in

the data could be obtained. However, as this short survey did not explicitly ask for lower and

upper bounds of observations and estimates, most survey forms only contained average values

without any standard deviation

. Other options to approximate

for observed and estimated

numbers of reports, like Poisson’s uncertainty, where

corresponds to the square root of the

reported numbers

, were not chosen for this survey evaluation.

Turning first towards the data for tornadoes over land in Table 1, we see that country size is

not the only determining criterion for number of observed tornadoes: Larger European countries

like France report only 8 tornadoes a year, while the Netherlands report 20 observed tornadoes

a year. And the European part of Russia, by far the largest country in this survey, reports only 4

to 5 tornadoes a year.

So, aside from country size alone, other factors contribute to the numbers given here, e. g.:

Climatology,

Length of historical record,

Population density and mass media availability.

The first point is rather obvious. The analysis by Wegener (1917) already showed that e. g.

the North Sea coastal plains in France, Belgium, the Netherlands, and Germany are regions of

enhanced tornadic activity. Therefore, in this region, even a small country like the Netherlands

may well experience a rather high number of tornadoes each year.

3

background image

The second point, length of historical record, is more subtle. Some of the countries have

started to analyze their tornado reports only very recently. It is not surprising that they cannot

give very robust average numbers from only few recorded events during the last years. Countries

with longer time series like the United Kingdom, Germany, and Estonia, provide well–based

and usually higher numbers, despite their not too large size.

The third point, in close connection to the previous one, addresses probability of detection

and probability of nationwide reporting of a tornado. In general, the number of weak tornado

observations suffers most from low population density and a sparse communication network.

Despite these issues, a total of 169

9 tornadoes over land surfaces per year are observed

in Europe, based on 25 countries.

Looking at the estimated numbers in Table 1, we see that all countries estimate at least as

many tornadoes a year as indicated by their observational records. Russia, again, apparently

gives a very conservative estimate, taking into account the large size of the country and the

proximity to countries with rather high tornado occurrence, like Estonia (cf. Peterson, 2000).

For the countries which give higher estimates, i. e. which believe in some kind of underreporting

of tornadic storms, the factor of increase from observations to estimates is usually between 1

and 2. Only Spain expects a factor of 3 between their estimate and current observations.

In total, 304

25 tornadoes over land surfaces per year are estimated to occur in Europe,

based on 28 countries. Using only the 25 countries for which observations were available yields

an estimate of 295

25 tornadoes over land surfaces per year. This leads to an overall estimate

of the current underreporting by roughly 43%.

Table 2 gives a similar impression for tornadoes over water surfaces. Of course, countries

without coastlines give no or only very few reports from large lakes (tornadoes which merely

cross a river or a small lake should not be classified as waterspouts). Ireland also gives no

waterspout observations at all, which is caused by the fact that, as indicated in the survey form,

most tornadoes in Ireland are waterspouts coming onshore. These were already included in the

numbers given in Table 1, and pure offshore waterspouts have apparently not been reported.

Not surprisingly, the highest number of observed waterspouts come from the Netherlands

(already Wegener, 1917, mentions the well–developed waterspout spotter network in the Nether-

lands). Spain, Italy, and the United Kingdom also report substantial numbers. All of these coun-

tries have long coastlines relative to their size. The Mediterranean Sea also provides high sea

surface temperatures, which further helps to explain the numbers from Spain and Italy. The data

4

background image

for Switzerland, on the other hand, are well–based, too. Even though there is no coastline in

Switzerland, its larger lakes, especially Lake Constance, are reliable producers of waterspouts

in Summer, probably enhanced by orographic boundary layer convergence lines near the Alps.

In total, 160

3 waterspouts per year are observed in Europe (25 countries), and the es-

timated numbers are usually higher than the number of observations. The main difference

between this and the estimates of tornadoes in Table 1 is that some countries now give much

bigger estimates in comparison with the available observations. Apparently, the amount of un-

derreporting is believed to be considerably larger for waterspouts than for tornadoes over land.

For most countries with likely underreporting, this factor is about 2 to 3. Germany, however,

estimates three to five times, and Spain even six times higher waterspout numbers compared

to present observations. For Germany at least, waterspouts over the North and Baltic Seas

are common phenomena from July to September, but as of yet, no systematic recording takes

place. Therefore, a significant underreporting of waterspouts over coastal waters might indeed

be reasonable at this time.

In total, 393

11 waterspouts per year are estimated to occur in Europe, based on 28 coun-

tries. Using again the subset of 25 countries as for the tornadoes over land yields an estimate of

382

11 waterspouts per year. This leads to an overall estimate of the underreporting by about

58%.

Table 3 reviews the general findings of this survey done at the ECSS 2002 conference. At

this point in time, observations of tornadoes and waterspouts differ by less than 10% on aver-

age. In the estimates, the number of waterspouts exceeds that of tornadoes by roughly 30%.

The available observations lead to 329

12 tornadoes and waterspouts per year in the 25 Eu-

ropean countries for which surveys were returned. The estimated numbers for 28 countries are

697

36, and for the subset of 25 countries, 677

36. The overall estimate of the underre-

porting is then roughly 51%.

3

Discussion

When interpreting the numbers from this first survey on tornadoes in Europe since the work

of Wegener (1917), some care must be taken. For example, some countries have just initiated

tornado research and base their observations and estimates on rather short or intermittent time

series. Other countries have homogeneous records going back many centuries. The level of

5

background image

uncertainty in the survey results is therefore much larger than indicated by the quite tight â€śer-

rorbars” in Table 3. Yet as severe weather awareness is strongly rising in Europe, surveys of

this sort should be much more robust and reliable in the near future.

Nevertheless, the statement by Wegener (1917) that there are â€śat least 100 tornadoes a year

in Europe” is well corroborated. And even the most conservative conclusion from the current

numbers should now be: At least some hundreds of tornadoes (including waterspouts) a year in

Europe. Even though these do not present the main severe weather threat in Europe, they are

not at all negligible.

On average, there is only a factor of about 2 between observed and estimated "true" numbers

of tornadoes in Europe. For individual countries, and especially in the case of waterspouts, this

factor can however be much larger and attain a value of 6 as for waterspouts in Spain. All this

variety will make it very interesting to watch the European number of tornado reports converge

to more stable climatological values in the near future.

The current best estimate for tornadoes (without waterspouts) in the USA is 1170 per year.

Not taking into account the different area sizes of Europe (where tornadoes can occur practically

everywhere) and the tornado–prone part of the USA, one can diagnose that currently seven times

less tornadoes are observed in Europe (169/1170). Taking into account the estimated numbers

from 28 countries we end up with only a factor of four times fewer tornadoes than in the USA

(304/1170).

It is unfortunate that waterspout observations in the USA are not recorded routinely. Wa-

terspouts are indeed less likely to be observed than tornadoes over land surfaces. This holds

true for both the USA and for Europe. Nevertheless, waterspouts can be hazardous to ships or

aircraft. So, from a climatological point of view, a waterspout record is valuable as well, and

these tornadoes should be a point of interest for European tornado research in the future.

The statement above that severe weather awareness is rising strongly in Europe can easily be

substantiated. Aside from the two successful European Conferences on Severe Storms in 2000

(Snow and Dessens, 2001) and 2002, and private research networks like TORRO in the United

Kingdom or TorDACH in Germany, Austria, and Switzerland, there are currently several other

research initiatives on the European level.

This includes the concept of a European Severe Storms Laboratory (ESSL) developed by

the author, the European Severe Weather Directory (ESWD) introduced at the ECSS 2002 by

Fulvio Stel and Dario Giaiotti from Italy, the European Storm Forecast Experiment (ESTOFEX)

6

background image

involving researchers from the Netherlands and Germany, and the initiation of a Skywarn Eu-

rope storm spotters network currently under way in several countries.

Within this framework, an ESSL could be achieved by first establishing a web–based center

for conducting and coordinating severe weather research on a European level. After some years

of continuing research the ESSL could switch over to a real center with permanent facilities in

Central Europe. Work using the web–based ESSL is currently in progress.

The ESWD is intended for Europe–wide reporting of various severe weather events on a

convenient internet platform. Its primary purpose is to raise awareness of a progressing syn-

optic severe weather situation by publishing severe weather events which could take place the

next day in a neighboring country as the synoptic pattern propagates. Aside from this primary

purpose, the ESWD data could enter climatological data records of individual countries or of

an ESSL after some quality control procedure.

ESTOFEX was initiated to focus the recently established different severe weather forecast

initatives giving convection forecasts (“convective outlooks”) for Europe for a period of two

or three days. The synergy of merging the individual outlooks to a single one with evaluation

afterwards by the ESTOFEX group provides a promising way to gain severe weather forecast-

ing experience. Eventually, ESTOFEX may become one of the nuclei for a European Storm

Prediction Center hosted by the European weather services.

Even more focused on the operational nowcasting level is the European Skywarn storm

spotters network. Similar to Skywarn in the USA, real time spotter reports are expected to enter

a database to provide guidance to weather services and the media to enable them to issue more

timely and accurate warnings to the public. The Skywarn Europe effort also involves spotter

training courses. During or after a severe weather day in Europe, the Skywarn data record may

enter the ESWD and help to evaluate ESTOFEX convective outlooks after some initial quality

control, e. g. to eliminate multiple reports.

Furthermore, it is worth mentioning that the last five years have seen a vividly growing storm

chaser community all over Europe who already documented many interesting severe weather

cases which otherwise may have passed without notice by the atmospheric sciences.

7

background image

4

Conclusions

The climatological survey on tornadoes in Europe during the European Conference on Severe

Storms in Prague showed the following:

Based on data from 25 countries, about 170 tornadoes over land, and 160 waterspouts are

currently observed in Europe each year on average.

The number given by Alfred Wegener (1917) was reasonable, given the data available at

the time.

Estimated numbers from 28 countries indicate roughly 300 cases per year for tornadoes

and 390 per year for waterspouts.

Total numbers for all cases are 330 per year based on observations, and about 700 per

year based on estimates that account for the current underreporting.

The level of uncertainty in these numbers is still substantial. Nevertheless, the numbers

given here appear to be quite conservative for many countries, and future numbers sig-

nificantly below these are not likely. For some countries even a substantial increase of

reports can be expected for longer periods with careful observations, e. g. for Russia.

Hopefully, and with support by the described current severe weather research initiatives in Eu-

rope, a similar survey to this one during the next ECSS in LĂ©on in 2004 will lead to an even

broader perspective on tornadic storms in Europe. This should then probably also include down-

bursts, where an even more serious underreporting problem is likely to exist today.

Acknowledgments

The author is grateful to all participants of the ECSS 2002 in Prague who contributed to this

study. George Craig, Thorsten Fehr, Fulvio Stel, and JĂĽrgen Grieser carefully read draft versions

of the paper and contributed valuable suggestions.

Information on mentioned projects and groups is available for the ESSL: www.essl.org,

ESWD: www.eswd.osmer.fvg.it, ESTOFEX: www.estofex.org, Skywarn Europe: www.skywarn.eu,

and TorDACH: www.tordach.org.

8

background image

A

Wegener’s tornado definitions

As his book is not readily available today, here are the original German text excerpts with the

definitions by Alfred Wegener (1917) translated to English above:

p. 3: â€śWindhosen und Wasserhosen sind gleichartige Erscheinungen, nur ist erstere Bezeich-

nung auf dem Lande, letztere auf See gebräuchlich. Sollte es einmal gelingen, geringe

grundsätzliche Unterschiede zwischen beiden zu entdecken, was bisher mit Sicherheit

nicht möglich ist, so werden sich solche vermutlich ohne weiteres auf die verschiedene

Reibung am Untergrunde zurĂĽckfĂĽhren lassen.”

p. 5: â€ś

Wind- und Wasserhosen sind groĂźe Luftwirbel mit vertikaler Achse, die vom Rande

einer Cumulo–Nimbus–Wolke meist bis zum Erdboden herabreichen, in ihrem Inneren

durch Kondensation in Form eines herabhängenden Zapfens, Trichters, Schlauches oder

Säule, im unteren Teil auch durch Staub, ganz oder teilweise sichtbar sind und in einer

meist nach Hektometern zählenden Spurbreite durch stĂĽrmisches Hinzuströmen der Luft

zu dem stark luftverdĂĽnnten Raum um die Wirbelachse gewöhnlich derartige VerwĂĽstun-

gen verursachen, wie sie auch bei den schwersten StĂĽrmen größerer Ausdehnung nicht

beobachtet werden.”

References

Glickman, T. S., (Ed.), 2000: Glossary of Meteorology, 2nd ed. Amer. Meteor. Soc., Boston,

855 pp.

Huschke, R. E., (Ed.), 1959: Glossary of Meteorology. Amer. Meteor. Soc., Boston, 638 pp.

Peterson, R. E., 2000: Tornadoes of the former Soviet Union. Preprints 20th Conf. on Severe

Local Storms, Orlando, Amer. Meteor. Soc., Boston, 138–141.

Snow, J. T., and J. Dessens (Eds.), 2001: Proceedings of the Conference on European Tornadoes

and Severe Storms, Toulouse, 1–4 February 2000. Atmos. Res.56, 409 pp.

Wegener, A., 1917: Wind- und Wasserhosen in Europa. Friedrich Vieweg & Sohn, Braun-

schweig, 301 pp.

9

background image

Tables

Table 1: Tornadoes over land, per country per year. First two data columns give the average

number based on observations, the second two give an estimate of the expected â€śtrue” number.

For the last countries in the list, only estimates by T. Meaden were available.

Observation

Estimations

Country

min

max

min

max

Albania

0

0

2

2

Austria

3

3

5

5

Belgium

2

5

5

10

Bulgaria

1

3

2

2

Czech Republic

7

7

10

10

Estonia

8

11

8

11

Finland

5

5

10

10

France

8

8

10

30

Germany

10

10

30

30

Greece

6

6

8

10

Hungary

8

9

10

13

Ireland

10

10

10

11

Italy

15

15

12

18

Latvia

1

4

3

7

Lithuania

1

1

3

5

Netherlands

20

20

35

35

Poland

4

4

5

6

Portugal

1

2

3

3

Romania

1

1

3

3

Russia (Europ.)

4

5

8

10

Slovakia

1

1

4

4

Slovenia

1

1

1

1

Spain

8

12

30

30

Switzerland

2

2

3

3

United Kingdom

33

33

50

50

Norway and Sweden

n/a

n/a

5

5

Denmark

n/a

n/a

2

2

Malta and Cyprus

n/a

n/a

2

2

Total

160

178

279

328

Average

169

9

304

25

10

background image

Table 2: As Table 1, but for tornadoes over water surfaces, i. e. waterspouts. The numbers given

for Ireland are zero because most waterspouts come onshore there and are already included in

Table 1.

Observation

Estimations

Country

min

max

min

max

Albania

0

0

1

1

Austria

1

1

1

1

Belgium

2

2

5

5

Bulgaria

2

2

3

3

Czech Republic

0

0

0

0

Estonia

2

3

6

8

Finland

5

5

10

10

France

2

5

2

5

Germany

4

5

15

25

Greece

5

5

10

10

Hungary

1

1

1

2

Ireland

 

0

0

0

0

Italy

25

25

23

27

Latvia

1

1

1

1

Lithuania

1

1

1

1

Netherlands

60

60

100

100

Poland

2

2

4

4

Portugal

0

0

0

1

Romania

1

1

2

2

Russia (Europ.)

1

2

3

4

Slovakia

0

0

0

0

Slovenia

1

1

1

1

Spain

25

25

150

150

Switzerland

1

1

2

2

United Kingdom

15

15

30

30

Norway and Sweden

n/a

n/a

5

5

Denmark

n/a

n/a

3

3

Malta and Cyprus

n/a

n/a

3

3

Total

157

163

382

404

Average

160

3

393

11

11

background image

Table 3: Data for average total tornado number in Europe per year, based on Tables 1 and 2.

First data column gives average number per year and uncertainty based on observations in 25

countries, the second gives the corresponding estimates of the expected â€śtrue” average number

per year. The last column includes the additional estimates provided by T. Meaden.

Type

Observation (25)

Estimations (25)

Estimations (28)

Tornadoes

169

9

295

25

304

25

Waterspouts

160

3

382

11

393

11

All

329

12

677

36

697

36

12