background image

A RADAR-BASED SEVERE WEATHER CLIMATOLOGY

For SOUTHERN QUEBEC

Aldo Bellon

Isztar Zawadzki

J.S. Marshall Radar Observatory

McGill University

July 2001

Work supported by the

Climate Change Action Fund

background image

1

TABLE of CONTENTS

1- INTRODUCTION

2

2- DATA USED

2.1- Historical Background

5

2.2- Data Resolution

6

2.3- Data Acquisition and Selection

6

2.4- Data Gaps

7

2.5- Data Processing

9

3- SEVERE WEATHER MAPS and ALGORITHMS

3.1- VIL (Vertically Integrated Liquid water content)

13

3.2- GUST (Estimate of maximum surface winds)

15

3.3- VPI (Vertical Profile Indicator or Overhang)

17

3.4a- Mesocyclone Detection Algorithm

19

3.4b- Mesocyclone Tracking Algorithm

22

4- RESULTS

4.1- Mesocyclone Statistics

24

4.2- Reflectivity Analysis

34

5- CONCLUSIONS

44

6- ACKNOWLEDGEMENTS

46

7- REFERENCES

47

background image

2

1- INTRODUCTION

It has been suggested that the variability of severe weather phenomena could be the most

sensitive manifestation of climate change.  For example, an analysis of 29 years of hail data from

central Alberta indicates that the frequency of hail events has changed dramatically over the past

several decades (Smith et al. 1998). Likewise, the climatology of lightning flashes for Alberta

reveals that there has been a significant increase in the number of cloud-to-ground lightning

strikes during the last decade (Kozak 1998). It may be argued that such trends are the inevitable

result of increasing, (and in some cases decreasing), density of observational capabilities, be it

hardware or human as is the case for the visual reporting of tornado and hail events. In contrast, a

climatology by radar, when properly calibrated and when allowance if made for any missing

periods, would have the advantage of being more consistent over the region of interest and over

the entire period of observation. Note that because of its continuous space coverage, radar is

the only instrument that will not miss any severe weather event within its domain of

observation. Radar-derived statistics are thus not dependent on population density.

A number of climatological studies and data collection programs have been conducted

mostly in the US, but they involved observations of severe weather events by instruments other

than radar. (An exception is a recent preliminary attempt undertaken by Mapes, 2001). They have

identified the nature of the various severe weather phenomena, risk factors for different parts of

the country, and detection system technologies.  Unfortunately, Canada still lags behind in this

domain, and a comprehensive climatology of severe weather events has yet to be produced. The

work by Lackmann and Gyakum (1996) represents a first step towards this goal. As a component

of the Global Energy and Water Cycle Experiment (GEWEX), they have successfully identified

large-scale precursors to significant precipitation events in the Mackenzie River Basin.  More

recently, Fischer (1997) has underlined the unique large-scale precursors to heavy precipitation

events in the Montreal region.  We currently have available to us a readily accessible archive of

gridded reanalysis data for the globe that extends back to 1963.  It is in the public interest to

identify and to study the precursors to these dangerous events but we must first have a systematic

procedure for identifying them. We believe that radar archives can now provide this objective

source of information that has not yet been tapped.

background image

3

 A climatology of severe weather phenomena from past records is highly desirable since it

provides a base for comparison of future events.  An ongoing survey of severe weather events

can be used to monitor climate variability as well as providing information of immediate

practical interest.  Observations from a radar network are ideal for gathering the information

necessary to produce such a climatology.  The Canadian territory just north of the US border,

where most of the population resides, will be covered by 32 Doppler radars, Lapczak et al.

(1997). Three of these have a relatively long history of operation: the Doppler radar data archives

at King City north of Toronto extend back to 1984, those at Carvel west of Edmonton date back

to 1991, and those at the Marshall Radar Observatory (MRO) of McGill University at Ste-Anne-

de-Bellevue west of Montreal began in 1993. Data from these radars are collected for operational

purposes and a considerable amount of information is already recorded and available for analysis.

Thus, these three Doppler radars are the ideal test-bed for the proposed study.

The overall objectives of our research efforts thus consist of the following:

i) To compile a preliminary severe weather climatology for southern Quebec, southern Ontario,

 

and Alberta.

ii) To develop a methodology for a future, in-line, automatic climatological compilation to be

implemented in the UNIVERSAL RADAR PROCESSOR (URP) presently developed for

 

the CANADIAN RADAR NETWORK.

iii) To relate severe weather events to larger scale climatology of weather patterns.

iv) To contribute to the systematic observation of the climate of Canada.

v) To improve our climate models by providing a validation database.

vi) To reduce the uncertainties in our knowledge of the magnitude, rate, and regional distribution

 

of changes in severe weather climatology.

vii) To determine the planetary-scale precursors that affect the severe weather climatology and

to improve the understanding of key climate processes so that climate models at all scales

 

might be used to determine future changes in frequency or intensity of severe weather.

Several severe weather detection algorithms are in operational use and their statistics

can be compiled for our purpose.  In this report, we will concentrate on presenting the areal,

temporal and geographical distribution of severe weather events as perceived by radar data. We

have completed the derivation of statistics of severe weather events using the archived MRO S-

background image

4

band radar data from 1993 to 2000. Those for the King City and Carvel C-band radars are

currently being processed. The analysis of one month (July 2000) of Carvel radar data is attached

as a separate document to this report. In a subsequent investigation that will follow our

identification and statistical description of severe weather events, we intend to integrate this

severe weather climatology with a study of planetary-scale precursors of these events.  Precedent

for this scale interaction approach is seen in the work of Lackmann and Gyakum (1996), in which

a planetary-scale upstream ridge in the Bering Sea, which induces a downstream trough, is

typically observed two days prior to the onset of significant precipitation in the Mackenzie River

Basin. A preliminary analysis using a similar approach based on a set of 22 days of intense

mesocyclonic activity around Montreal has already been carried out and is included in this report

in Appendix A.

In section 2 of this report we discuss the data archive system of the McGill Radar and

estimate all the data gaps during our 8-year study. In Chapter 3, we describe the type of radar

maps selected to identify severe weather, with particular emphasis on the mesocyclone detection

and tracking algorithms. In the first part of the section on "Results", the characteristics and the

geographical distribution of all detected mesocyclones is presented. The second part deals with

the climatology of severe convection as deduced from the reflectivity maps alone, in particular

from the upper level VIL parameter. Section 5 summarizes the report and offers some

suggestions for future work.

background image

5

2- DATA USED

2.1 Historical Background

The J. S. Marshall Radar Observatory (MRO) of McGill University has been in real-time

operation since 1970 and was capable of archiving digital data as early as 1974. 'Reflectivity-

only' records were archived on large magnetic tapes until 1993 when Doppler information was

added. However, these records had numerous data gaps due in part to the limited storage capacity

of that medium (~45 to 70 Mbytes) that also suffered from a rapid deterioration with time, that is,

existing records could not be reread. Consequently, they have not been transferred into another

medium like the smaller 2.5 or 5.0 Gbyte exabyte tape that replaced it before the complete

demise of the cumbersome magnetic tape units. Therefore, our investigation of severe weather

events will use simultaneous reflectivity and Doppler data of the 8 summers from 1993 to 2000

inclusive.

During the course of its history, the scanning strategy of the S-band (10 cm) MRO radar

has undergone some modifications but has kept its fundamental objective of achieving 24

elevation angles during its 5-minute cycle. In 1993, a Doppler capability was implemented

without compromising the existing data: radial velocity measurements were collected at all 24

elevation angles simultaneously with the reflectivity information. This was achieved with a pulse-

pair algorithm applied to the first 16 pulse-pairs of each azimuth, followed by a single pulse for

the reflectivity. Thus, a full three-dimensional reflectivity (up to 480 km) and Doppler volume

scan (up to 125 km with a Nyquist interval of 

±

31.2 m/s) was made possible. Shortly afterwards,

in August 1994, the antenna scanning strategy was altered so as to perform two 2.5-minute cycles

of 12 odd and then of 12 even elevation angles in an effort to detect short-lived phenomena like

microbursts. Then, in August 1998, in preparation for the implementation of a dual polarization

capability finalized in July 1999, the scanning and data processing strategy had to be modified in

order to adapt to the requirements of the NCAR VIRAQ board selected to perform the

digitization of the radar signals. Doppler and reflectivity data from the first set of 12 odd

elevation angles were collected at 1200 PRF (maximum range of 125 km) as is the case for the

last 7 angles of the even set where range folding is unlikely. Elevation #2 is sampled at a dual

PRF of 400 and 600 Hz (to achieve long range surveillance up to 375 km) while data from the

remaining 4 even elevation angles (#4 to #10) are obtained at 600 PRF to provide measurements

background image

6

up to 250 km. These changes were accompanied by significant software modifications that

perform the necessary range and velocity unfolding and thus maintain full Doppler (Nyquist

velocity of 31.2 m/s) and reflectivity volume scans up to a 250 km range for all 24 elevation

angles.

2.2 Data Resolution

The resolution of our data sets followed the changes made throughout the years. One

constant is the geometrical progression in the separation of the 24 elevation angles, from 0.5

degrees above the horizon for elevation #1 to 34.4 degrees for the last elevation. Since 1993, the

azimuth resolution has been fixed at 1 degree, slightly larger than the radar beam width of 0.86

°

.

The 8-bit intensity resolution of the Doppler data has been 0.5 m/s, while for reflectivity, it is

1.28 dBZ for data prior August '98 and of 0.40 dBZ afterwards. The range resolution is of 1 km

up to 120 km in range, of 2 km between 120 and 240 km and of 4 km beyond 240 km.

Considering data within the 240 km range, the size of a full volume scan at normal resolution is

about 1 Mbyte. In fact, when recorded, it is substantially less because of the suppression of most

of the 'no-echo' bins. In cases of severe convection, manual intervention allowed archived records

to be at a resolution of 250 meters up to a range of 80 km. This capability is useful in visualizing,

and possibly in improving the detection of mesocyclones.

2.3 Data Acquisition and Selection

Since the advent of digital radar data about 25 years ago, the immense quantity of data

limited most analysis to a few case studies, to a small sample of selected events or to relative

short periods of continuous data. The early international GATE experiment (Hudlow and

Patterson, 1979), is perhaps a notable exception. However, as stated by Kruger et al. (1999),

"recent progress in computer information storage technologies as well as developments of

efficient data formats provided the opportunity to change this situation". The archival procedures

at MRO reflect these improvements. From 1993 until August '98, the volume scans were

immediately written into an exabyte tape at the end of each 5-minute radar cycle. This was

necessary on account of the limited memory capacity of the computer handling the real-time

processing of radar data. Depending on the frequency, extent and location of the radar echoes, the

background image

7

2.5 Gbyte tape would last from a minimum of about 3 days to a maximum of a week or perhaps

more in winter. Over this 5-year period, about 275 exbyte tapes were recorded. In addition to data

interruptions caused by power failures, radar hardware problems, radar maintenance and

upgrades, some data gaps were the result of "reaching the end of tape" and by  "writing errors" by

the tape unit. However, the data lost when severe weather affected our region is relatively small

from 1994 onwards. An assessment is provided in the following section 2.4. From August '98 to

the present, the increased storage capacity of the radar data processing system permits the data to

be first safely stored in its memory. It is subsequently downloaded to a 5 Gbyte tape once every

few weeks as required, eliminating gaps due to tape problems. This procedure also permitted a

more efficient storage of radar precipitation data because 'clear' periods with only ground echoes

and/or anomalous propagation can be easily omitted from the archived data set. As a result, only

forty 5 Gbyte tapes were required from August '98 until September 2000, the last month of our

analysis period. Even if only the 5 months from May to September were considered for our

convective study, about 150 2.5Gbyte and 22  5Gbyte tapes would have to be processed. An

initial pass through this huge data set just to generate and visualize basic radar maps for the

selection of the convective periods would have entailed a prohibitive amount of time.

Fortunately, since the end of June '94, we had initiated at MRO a crude separate archival of only

the low level CAPPI maps at a 2-km resolution on a (240 by 240) grid. These maps are stored

every 30 minutes on the computer hard disk if sufficient echoes are detected in addition to the

normal ground echo coverage on the selected CAPPI height. A simple software program enables

the quick animation of all the stored images of any given day. This "log" feature enormously

facilitates the selection of the convective time intervals for an entire summer by visual inspection

by an experienced radar meteorologist. Since the basis of selection is a low level CAPPI map

rather than an upper level CAPPI that would have been more suitable for unequivocally

identifying convection, we have included all doubtful periods for processing and for the

extraction of climatological statistics.

2.4 Data Gaps

For over 30 years, the MRO has been striving to fulfill the dual role of a real-time

operational radar and of a centre for research and development in association with McGill

University. The adherence to  the latter goal has often meant a temporary cessation of its routine

background image

8

operation in order to implement the hardware modifications for novel approaches (for example,

the recent polarization upgrade completed in July 1999 and the experimentation with a collocated

X-band transmitter during the '90s). As much as possible, these planned 'down times' have been

scheduled to occur in the spring or fall, before or after the 'severe weather' season. However, the

now aging equipment of our radar knows of no such precaution and there have been the

inevitable interruptions due to hardware failures at the most inopportune times. (Those due to

power failures have been drastically reduced after the installation of a UPS (Uninterrupted Power

Supply) system in the late '80s). Data gaps related to archival problems, common prior 1998,

have now been completely eliminated. Nonetheless, some archived data had to be excluded from

our analysis because of some intermittent problems with the PRF circuitry.

It is difficult to estimate the exact number of hours or days with convection lost when the

radar itself is down. In the assessment that follows, we have relied on some brief notes or

comments written by the MRO staff. It has only been since the start of the 2000 summer season

that a detailed account has been kept of the exact number of hours lost and of the nature of the

precipitation during those outages. The latter has been possible only since the RAPID system (see

below) has been able to also process data from 4 other radars. Thus, for the previous years, we

have attempted to provide at least a general overview of the amount of time lost when some level

of convection would have likely occurred over the radar coverage  (within 240 km). The 'lost

time' does not mean that severe weather, as defined in terms of the thresholds in the following

section, did continuously occur over the indicated period. 'Lost time' is given in terms of days and

hours. By the former is meant that the radar was down for the entire day when some form of

convection was confirmed or suspected to occur during the preferred period of 11:00 to 21:00

local time. In the case of data interruption during existing convective activity, the number of

'hours lost' have been estimated on the basis of the storm location from the 240 km boundary and

the speed at the onset of the data gap as well as on the diurnal trend noted above. The year 1993

is not included because, after the dopplerization in March of that year, the data archival system

went through some growing pains whereby data were not routinely archived. The absence of the

"log" facility noted in section 2.3 earlier further rendered difficult the inclusion of all convective

events of the existing 1993 data set. Moreover, due to a software error in the range normalization

procedure, the high reflectivities within about 50 km were reduced by a much larger amount.

Data from 1993 has thus been selected from known severe weather days that were the basis of a

background image

9

study of microbursts made for Transport Canada Aviation, Bellon and Zawadzki (1994). They are

not intended to characterize the level of activity for the entire season and should thus not be used

on a comparative basis. Here is the list of the estimated data loss during convective activity for

the summers of 1994 to 2000 inclusively:

1994: 1 day (6-May) + 2 hours

1995: Radar hardware problems kept the radar out of commission for most of the time between

June 19th and July 17th. Fortunately, this coincided with a very dry period except for

some convection on July 1st, 6th and 7th.

3 days + 2 hours

1996: No convective days were apparently lost

1997: A late season hailstorm on September 29th was lost when the radar was down for repairs.

1 day + 7 hours

1998: 20-May and 8-July could not be processed because the tapes could not be re-read.

2 days + 3 hours

1999: Radar down for polarization upgrade from April 26th until May 31st. Again, this was a

 

very dry period except for May 8th when a weak tornado may have been responsible for

 

some wind damage near Ottawa. Then, problems related to the newly installed

polarization equipment persisted for a 2-week period at the end of July, resulting into an

estimated loss of  about one 'day'.

2 days + 7 hours

2000: 12 hours

TOTAL: 9 days + 33 hours

The percentage of the entire sample represented by the above 'total losses' cannot be

easily estimated. An attempt is made at the end of the next section.

2.5 Data Processing

Over the years, MRO personnel have developed a number of real-time radar data

processing systems, starting with SHARP (SHort-term Automated Radar Prediction, Bellon and

background image

10

Austin, 1976). It was followed by PPS (Product Processing System, Austin et al. (1986) and

Duncan et al. 1992). Since 1995, we are constantly upgrading our current RAPID (Radar data

Analysis, Processing and Interactive Display) system (Kilambi et al.1997 and Bellon and

Kilambi, 1999). RAPID can also operate in simulation mode using historical data sets as input. It

ingests reflectivity and Doppler data in spherical coordinates and performs some necessary

'cleaning' prior the generation of a user-selectable number of Cartesian radar maps. As already

mentioned in section 2.1, this 'cleaning' involves the range and velocity unfolding of the raw

volume scans. In addition, since the actual time of data collection is different from elevation to

elevation during the execution of the 5-minute radar cycle, the data at the various elevation

angles are shifted by an appropriate amount that also depends on the average velocity of the

precipitation pattern. This spatial adjustment simulates an instantaneous measurement of the

entire volume scan. Other pre-processing involves the elimination of regular ground echoes and

of anomalous propagation. The latter procedure is essential for estimating surface rainfall but is

less crucial in our work that focuses on the statistics of severe convection obtained mainly with

radar maps generated from higher altitudes.

All Cartesian maps in our study are in the form of a (240 by 240) array at 1- and 2-km

resolution. They are compressed and stored into a cyclical file for re-analysis. The present

configuration allows 25600 maps to be stored per cyclical file but this limit can easily be

increased. The time period included in such data set depends on the number of maps generated

for every radar cycle. We have selected the following 5 types of radar maps as being most

suitable for our study of convective weather:

1- Low level CAPPI (at 2.5 km)

- needed to compute the velocity of the precipitation pattern required by the 'shifting' routine, by

the mesocyclone and cell tracking algorithms and by the rainfall accumulation module.

- the header of this map contains the results of the mesocyclone and 'overhang' algorithms

2- Regular VIL, referred to simply as VIL

- vertical integration of reflectivity from a low altitude (2.5 km) up to echo top

- also needed for the computation of the GUST map

background image

11

3- Elevated VIL or upper level VIL, referred to simply as UVIL

- vertical integration of reflectivity from a 'middle' altitude (5 km) to echo top

4- GUST

- combines data from the regular VIL and from an echo top map of the 18 dBZ reflectivity

5- Upper level CAPPI (reflectivity at 7 km)

A (3x3) smoother is applied to the latter in order to reduce the noise caused by the limited

sampling of the reflectivity data. Since the VIL and GUST maps are already the results of an

integration (vertical), no smoothing is performed.

(We have also generated 1-hr accumulation maps every 30 minutes, and 2- and 4-hr

accumulation maps every 1 hour, but their analysis is not included in this report.)

Consequently, with 2 resolutions per map, about 130 maps were generated for every hour

of data processed. A typical cyclical product file thus can contain nearly 200 hours of data, which

in many cases, is the entire data set of convective events selected for an entire summer.  A total of

10 such files were required to hold all the maps for our 8-year study.

In order to relate the data lost as estimated in section 2.4 to the entire sample processed,

we define a 'convective hour' when one of the following conditions is satisfied on at least one of

the 12 maps of either resolution during that hour:

a) 5 pixels exceeding a VIL threshold of 30 kg/m

2

b) 5 pixels exceeding a UVIL threshold of 15 kg/m

2

c) 5 pixels exceeding a GUST threshold of 15 m/s

d) 10 pixels exceeding a reflectivity of 48 dBZ on the 7 km CAPPI maps

e) the presence of an 'overhang' of any size

background image

12

In table 2.1, we provide the total number of  'convective hours' so defined for each of the

8 years analyzed and within the indicated radar ranges. The first and last day with convection

within 240 km is also given.

Year

12-180 km

12-240 km

First Day

Last Day

1993

*

98

119

27 June

10 September

1994

228

254

31 May

29 August

1995

102

113

21 May

5 September

1996

104

113

20 April

26 August

1997

193

210

1 May

2 September

1998

246

273

7 May

28 September

1999

189

233

3 April

13 October

2000

175

224

7 May

21 September

TOTAL

1335

1539

-

-

Table 2.1: Number of 'convective hours' in our entire data sample for each of the 8 years

analyzed and within the indicated ranges. 

*

Data from 1993 is not complete.

In the previous section, we estimated a data loss of 9 'days' and of 33 'hours' over the

summers from 1994 to 2000. From the table above, this 7-year period contains over 1400

'convective hours' if data up to a 240-km range is considered. Depending on the number of

'convective hours' that can be arbitrarily attributed to a 'lost day', the total losses can be evaluated

to be of the order of 5%. This is less than the variability observed among the various years as

seen for example in Figs. 4.1, 4.11 and 4.13. Thus, in section 4, the statistical results will be

presented without attempting any yearly adjustment for these estimated losses.

background image

13

3- SEVERE WEATHER MAPS and ALGORITHMS

In this section we describe in greater detail and exemplify the severe weather maps used

in our study.

3.1 VIL (Vertically Integrated Liquid water content)

This product involves the summation of the radar reflectivities from all the elevation

scans above a sufficiently low altitude and deriving a liquid equivalent as described by Greene

and Clark (1972). Since the liquid water content M is proportional to the (4/7) power of the radar

reflectivity factor Z, the VIL value is heavily dependent on the stronger reflectivities, (> 40

dBZ). In the integration process, the reflectivity of each of the 24 elevation angles is multiplied

by the vertical thickness associated with each elevation angle. This vertical thickness is unrelated

to the actual vertical antenna beam resolution, but depends on the spacing between the 24

elevation angles and, of course, on the range from the radar. The VIL map is an excellent

indicator of severe weather since, as thunderstorms intensify, their updrafts and consequently

their ability to sustain airborne liquid water and other hydrometeors over a deep layer of the

atmosphere drastically increases when compared with stratiform situations or with weak

convective storms. The units of this radar product are expressed in terms of kg/m

2

. Based on

experience with thunderstorms of the Montreal area, values in excess of 30 or 40 kg/m

2

represents a severe storm. Unlike a CAPPI map that can show high rainfall rates at only the

selected altitude, or an ET map with high echo tops that may be associated with relatively light

reflectivities, the VIL product best measures the overall '3-D' strength of a storm by 'weighing'

all the reflectivities above a given point. Fig. 3.1a is an example at a resolution if 1 km. Since

"what goes up must come down", a high magnitude for this parameter represents a great potential

for an imminent collapse of the storm reflectivity core often associated with microbursts. As

shown later in eq. (3.1), it is the primary input into the gust algorithm.

There are two input parameters associated with this product:

b) Lowest Height: This parameter specifies the height above which the radar reflectivity

is integrated. This height should be sufficiently high to avoid contamination by ground echoes. If

background image

14

at distant ranges the height of the lowest elevation angle is already above this 'lowest height', the

observed reflectivity is assumed to extend downward unchanged to the selected height. This

assures that the integration is performed over the same vertical slice of the atmosphere,

regardless of range.  For the MRO radar with the Laurentians Hills to the north, the Adirondacks

to the south and the Green Mountains in the southeast, this parameter must be relatively high, at

least 2.5 km. However, spurious values due to the highest ground echoes are present, (around the

120-km range in the southeast in Fig. 3.1a). Therefore, we have also generated an 'elevated', or

'upper level' VIL, or UVIL map, with a lowest height threshold of 5.0 km. This special product

has the advantage of completely eliminating ground echo and anomalous propagation as well

bright band and shadowing effects. It is ideally suited for indicating convection and will thus be

extensively used in our analyses. An example is shown in Fig. 3.1b.

(a)

(b)

Fig. 3.1: Example of a 'regular' VIL in (a), where the vertical integration begins at an altitude of
2.5 km and of a 'upper level' VIL in (b) where the summation begins at a height of 5 km. Both
maps consist of a (240 x 240) array at 1-km resolution. In (a), the tracks of VIL cell greater than
30 kg/m

2

 are overlaid. The time in GMT at the beginning and end of each track is indicated. The

width of the track is related to an equivalent cell diameter as indicated on the bottom right
corner of the map. The color of the track gives the 'liquid content' of the entire cell in units of
kilotons according to the scale on the right of the VIL scale.

b) Surface Extrapolation: When this flag is set, the reflectivity at the lowest height is

extrapolated downward to the surface in order to obtain the actual liquid water content above a

given pixel of the map. The GUST product that uses VIL values as input assumes this to be the

case. However, for reasons just discussed above, no surface extrapolation is performed with the

MRO data.

background image

15

3.2 GUST (Estimate of maximum surface winds)

The gust algorithm was proposed by Stewart (1991) and is based on the cloud top

penetrative downdraft mechanism developed by Emanuel (1981). This technique involves the

combination of the vertically integrated liquid water content, VIL, and of the thunderstorm echo

top, ET, in order to estimate surface winds below a thunderstorm solely from reflectivity data.

The magnitude of the maximum surface wind gust can be expressed as

= (c

1

 VIL - c

2

 ET

2

)

1/2

(3.1)

where W is in m/s, VIL in kg/m

2

ET in km and c

1

 and c

2

 are two constants with a value of 20.6

m/sec

2

 and 3.1 s

-

2

 respectively.

The echo top is that corresponding to a reflectivity threshold usually taken as 18 dBZ.

Table 3.1 provides the gust estimates in m/s obtained from (3.1) as a function of typical

combinations of VIL and ET magnitudes. Note that a higher echo top for a given VIL reduces

the gust estimate since the amount of liquid water available for evaporation is spread over a

region of the atmosphere that cannot interact with the mid level entrainment. It is the VIL

concentration in the lower altitudes, about < 8 km, that has the potential to enhance the

evaporative process leading to a wet microburst. A VIL value of 30 kg/m

coupled with an echo

top of 8 km yields a gust estimate of 20 m/s.

background image

16

VIL

Height (km) of 18 dBZ echo

kg/m

2

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

  10

   9.7

   7.3

   2.5

   0.0

     -

    -

    -

    -

    -

    -

  15

 14.0

 12.5

 10.5

   7.5

   0.0

    -

    -

    -

    -

    -

  20

 17.3

 16.1

 14.6

 12.6

 10.0

   5.9

   0.0

    -

    -

    -

  25

 20.1

 19.0

 17.8

 16.2

 14.3

 11.7

   8.1

   0.0

    -

    -

  30

 22.5

 21.6

 20.5

 19.1

 17.5

 15.5

 13.0

   9.5

   2.5

   0.0

  35

 24.7

 23.9

 22.8

 21.7

 20.2

 18.5

 16.5

 13.9

 10.5

   4.4

  40

 26.7

 25.9

 25.0

 23.9

 22.6

 21.1

 19.4

 17.2

 14.6

 11.0

  45

 28.6

 27.8

 27.0

 26.0

 24.8

 23.5

 21.9

 20.0

 17.8

 15.0

  50

 30.3

 29.6

 28.8

 27.9

 26.8

 25.6

 24.1

 22.4

 20.5

 18.1

  55

 32.0

 31.3

 30.6

 29.7

 28.7

 27.5

 26.2

 24.6

 22.9

 20.8

  60

 33.5

 32.9

 32.2

 31.4

 30.4

 29.3

 28.1

 26.6

 25.0

 23.1

  65

 35.0

 34.5

 33.8

 33.0

 32.1

 31.0

 29.8

 28.5

 27.0

 25.3

  70

 36.5

 35.9

 35.3

 34.5

 33.6

 32.6

 31.5

 30.3

 28.8

 27.2

Table 3.1: Gust values in m/s as a function of VIL and echo top heights according to Eq. (3.1).

The MRO radar, with 24 elevation angles every 5 minutes is ideally suited, in terms of the

horizontal and vertical resolution of its reflectivity data, for the generation of accurate VIL and ET

maps required by the gust algorithm.  The GUST algorithm is being used extensively even with the

current availability of Doppler data since it easily points out storms that are potential candidates for

strong surface winds and that thus require further analysis with Doppler data by the forecasters.

Moreover, its continued use is assured even with the advent of Doppler data because microburst

detection is difficult at ranges beyond about 80 km due to the broadening of the 1 degree radar beam

and to the radar inability to observe low altitude phenomena. An investigation by Amorim et al. (1997)

showed that the high VIL values, and hence the large GUST estimates, are observable on the average

10 minutes prior to a possible microburst detection with Doppler radar. A GUST map can thus be

considered as a short-term forecast of such an event.

background image

17

Strictly speaking, the gust algorithm ought to be applied only to pulse-type storms

developing in a weakly sheared environment in which an elevated layer of low equivalent

potential temperature is present above a deep and moist low level air. Nevertheless, forecasters at

the Montreal weather office that have been using it since 1991 consider the gust algorithm to be

reliable even for fast moving thunderstorms forming along a frontal boundary. An example of a

GUST map is shown in Fig. 3.2a. To complete the list of severe weather maps, a 7-km CAPPI is

also provided in Fig. 3.2b for the corresponding time. Note how concisely the GUST map

summarizes the location of the potentially severe weather echoes while the 7-km CAPPI map

emphasizes the extent of the leading edge of anvils associated with developed thunderstorms.

(a)

(b)

Fig. 3.2: Examples of a GUST map in (a) and of a 7-km CAPPI map in (b). Note the extensive
anvils downwind from the two major storms portrayed.

3.3 VPI (Vertical Profile Indicator or Overhang)

The VPI product is not a map by itself but rather some information in the form of an

outline around thunderstorms with a potential of severe weather and/or hail that can be added by

the RAPID software onto horizontal cross-section images like CAPPI, Echo Top and VIL maps.

It is also known as the "overhang" (in English) or "surplomb" (in French) indicator. Unlike the

procedure described by Petrocchi (1982) which identifies as many as 9 hail indicators or criteria

that may be retrieved from 3-D radar data, our identification of an accumulation level is based on

background image

18

the simple comparison of the reflectivities at the mid-level and lower level of the atmosphere.

The user-selectable parameters associated with this module are:

a) Height of the low-level CAPPI that is also used by the forecast and accumulation modules,

selected at 2.5 km in our study

b) Height of mid-level CAPPI  (

≥

 6 km)

c) Reflectivity threshold at the mid-level CAPPI (

≥

45 dBZ)

d) Difference between mid-level and low level reflectivities (

≥

 10 dBZ)

The values of these parameters are undoubtedly climatologically dependent. A mid-level

height of 7 km, an upper level reflectivity threshold of 48 dBZ and a reflectivity difference of 10

dBZ have been selected for our study. They have been used by forecasters of the Montreal area

since 1991. The combination of these thresholds identifies the weak echo region and the

pronounced accumulation of reflectivities aloft that are both associated with the exceptionally

strong updrafts present in severe thunderstorms.

For display purposes, an additional parameter is the radius of the circle (~ 5 km) drawn

around each of the pixels satisfying the above conditions. After eliminating isolated pixels, the

coordinates of the perimeter outlining the combined region of influence of the declared severe

weather pixels are then assigned a special value into any horizontal cross-section maps. Thus,

upon display and/or animation of CAPPIs, Echo Top or VIL maps, only those cells associated

with severe weather are circumscribed by the outline. The irregular outline over the storm in the

west on the CAPPI map of Fig 3.3a indicates the presence of an 'overhang'.

background image

19

3.4a MESOCYCLONE Detection Algorithm

The mesocyclone identification algorithm developed for the McGill Doppler Radar is

based essentially on a procedure outlined by Zrnic et al. (1985) using NSSL data of Oklahoma

storms. Brown and Wood (1991) and Desrochers and Donaldson (1992) are two other relevant

papers on this topic (plus all the references therein). Results of our mesocyclonic detection

algorithm with thresholds that are applicable to storms of the southern region of Quebec are

summarized by Vaillancourt et al. (1997). It would be sufficient to recall here that mesocyclone

identification involves the following main steps:

1- The detection of the so-called pattern vectors (PVs) that are azimuthal runs of increasing

Doppler velocities along a fixed radar range bin. These PVs must exceed either a high

momentum threshold of 60 (m/s)km or a high shear threshold of 6 (m/s)/km. This

combination corresponds to the moderate filtering technique adopted in the Quebec study

reported by Vaillancourt et al. (1997).

2- The sorting of the more significant PVs into two-dimensional shear features according some

radial (4 km) and azimuthal (5 degrees) proximity criteria.

3- The association of shear features pertaining to the same elevation scan into potential

 2-D mesocyclone features. These features must exceed a threshold radial diameter of

 2 km and have an elongation such that the ratio of the azimuthal and radial diameter is

 within the acceptable values of 0.4 and 1.9.

4- The examination of the vertical structure of the latter in order to classify them as "declared

3-D mesocyclones". Essentially, it is required that the 2-D mesocyclonic features be

detected on a sufficient number of elevation  angles so as to give a realistic thickness to

the mesocyclone. A threshold of 2 km has been selected in our study. The volume scan

consisting of 24 elevation angles available every 5 minutes with the McGill Doppler

system is particularly useful in this respect.

background image

20

5- The association of a "declared 3-D mesocyclone" with a cell exceeding a selectable minimum

reflectivity. For our purpose, we require a reflectivity greater than 40 dBZ on at least 5%

of the pixels within a 6 km by 6 km square centred over the meso on the two elevation

angles that are just above an altitude of 3 km.

6- Finally, a greater confidence in mesocyclone detection is achieved if a "declared 3-D

mesocyclone" is seen to persist for 2 or more radar cycles (

•

10 min.). The animation

capability of the DISPLAY system can be used to examine this temporal continuity. For

the specific need of our research effort, a mesocyclone-tracking algorithm has been

formulated in order to quantify this temporal continuity.

 When a mesocyclone has been detected, its actual location is indicated by a square on

any horizontal cross-section map as in Fig. 3.3a. The size of this square is proportional to the

mean radius of the declared mesocyclone. In Fig. 3.3b and 3.3c, we exemplify how mesocyclonic

features may be better highlighted by smoothing, and especially, by removing the storm

propagation velocity from the measured radial component. This 'Lagrangian' correction does not

affect the appearance of mesocyclones that move in a direction perpendicular to the radar

viewing angle (for example, the mesocyclone in the NNW), but brings into sharper focus the

internal rotation of those moving either directly towards or away from the radar. This occurs

because a significant radial component of the precipitation pattern propagation velocity, which in

this example is in excess of 100 km/h from 250 degrees, is added to the solid body rotation of the

mesocyclones resulting into radial velocities that actually exceeded the Nyquist interval. After a

successful velocity unfolding, the approaching velocities of the vortex in the west reach

magnitudes of the order of 45 to 54 m/s that are not evident from the usual Doppler scale which is

limited by the Nyquist interval at both ends.  It is only when the radial component of the overall

motion is subtracted that the mesocyclonic couplet of approaching and receding velocities is

clearly revealed as shown in the zoomed image of Fig. 3.3c.

background image

21

(a)

(b)

(c)

(d)

Fig. 3.3: (a) Low level 2.5-km reflectivity CAPPI map with the mesocyclone and 'overhang'
indicators. (b) 3-km Doppler CAPPI after range and velocity unfolding. (c) Zoomed section of (b)
but after applying a 'Lagrangian correction' and a (3x3) smoother. (d) As in (b) and (c), with the
mesocyclone tracks added. The start and end time of each mesocyclone is indicated. The width of
the track is proportional to the meso diameter while the color provides the meso depth according
to the scale at the right of the Doppler scale

The text in red under the intensity scale of maps warning of the existence of a

mesocyclone provides information on the position of the declared mesocyclones, on the number

of elevation angles over which they have been detected and on their strength in terms of the peak

background image

22

rotational velocity and of the average maximum shear. The latter two parameters are initially

computed at the level of a pattern vector as follows:

V

rot

 = (V

2

-V

1

)/2

and

shear = (V

2

-V

1

)/L

where

V

is the maximum approaching velocity (positive), V

is the maximum receding velocity

(negative) and L is their separation or length of the pattern vector. We have defined the average

maximum shear as the average of the 2-D maxima found at each elevation angle while the peak

V

rot

 is taken to be the maximum among all the PVs making up the mesocyclone. Thus, for the

mesocyclone in the NNW, peak(V

rot

= 20 m/s while the average of the maximum shear found

over the 10 elevation angles for which a mesocyclonic couplet has been identified is computed to

be 11 m/s/km.

3.4b Mesocyclone Tracking Algorithm

Positional information and other characteristics of the declared mesocylones of a given

radar cycle are stored in the header of the low-level CAPPI map of Fig. 3.3a. Using such

information from all CAPPI maps of a RAPID product file, or for any shorter time period, a

simple tracking algorithm attempts to follow each declared mesocyclone and displays the

resulting trajectory on any suitable map as illustrated in Fig. 3.3d. This algorithm first requires

the velocity of the precipitation pattern which is computed by a cross-correlation technique on 9

sub-areas of the low-level CAPPI map, each being (80 km by 80 km). From the known position

of a mesocyclone of the current radar cycle, the computed velocity is used to forecast its position

on the next cycle. A user-defined 'search radius' outlines a circular neighborhood around this

expected position where the presence of a mesocyclone would be considered as the continuation

of the one being tracked. A mesocyclone is considered tracked if it persists for at least 2 cycles,

that is, 10 minutes. A mesocyclone track or lifetime is maintained even if no subsequent

detections are found for up to a selectable time interval but then reappears within the expected

position on the following cycle. In this case, the 'search radius' is enlarged by a suitable factor. In

our analysis, we have allowed up to 10 minutes, or 2 radar cycles, during which an existing

mesocyclone can go undetected or become untrackable. When a mesocyclone lasts for 3 or more

cycles, the user has the choice of using its actual past positions, rather then the velocity of the

background image

23

surrounding precipitation, for the purpose of predicting its future location. As each '5-minute

mesocyclone detection' or (m5) is associated with a particular 'tracked mesocyclone' (tm), it is

'tagged' to prevent it from being considered as a possible member of a subsequent tm. The

tracking algorithm terminates when each one of all the m5's has been either associated with a tm

or ignored because of the 10-minute restriction on a tm lifetime. For each tm, the algorithm

outputs its total duration, path length and the average over its lifetime as well as the '5-minute

values' of the following parameters: diameter, depth (vertical thickness), maximum shear and

peak rotational velocity. Note that in the presentation of the results in section 4.1 we will

concentrate mainly on the m5 characteristics since those averaged over the mesocyclone lifetime

are biased by the great variability of the latter.

An extension of this algorithm has also been successfully applied to the tracking of VIL

and GUST cells. The size of these cells is first defined by a user-entered threshold and the peak

values and their locations are tabulated. Secondary peaks are ignored depending on a selectable

proximity threshold and neighboring cells may also be agglomerated into a larger cell. The centre

of gravity of the resulting cells and their displacement, the latter determined by local cross-

correlation, are then used by a tracking algorithm in a manner similar to the one described for

mesocyclones. However, the results for the VIL and GUST maps analysis will not be provided in

terms of cell track statistics because of the inevitable complications arising out of the merging

and splitting of cells that would bias such an approach. Instead, statistics will be presented in

terms of the observed pixel values of these parameters over the specified radar coverage.

background image

24

4- RESULTS

4.1 Mesocyclone Statistics

When applied over our entire 8-year sample, the first 5 steps of the mesocyclone detection

algorithm described in 3.4a yield a grand total of 1682 detections. Some of these are spurious as

when a shear line is not recognized as such by step #3 or when the peculiar configuration of a

small ground echo and of the surrounding precipitation generates a false alarm as occasionally

seen over the Mercier Bridge, 25 km east of the radar. Some others are true mesocyclones but

short-lived, being captured by only one radar cycle. Both the spurious and the short-lived mesos

are eliminated by the tracking algorithm because the former are usually stationary and fail to be

also present at the expected downwind location. Our persistence requirement of at least 2 radar

cycles implemented in the final step (#6) of our algorithm has maintained 1293 (77%) of the 'm5'

detections distributed among 308 trackable mesocyclones (or 'tm's for short). The yearly

frequency of the latter is portrayed in Fig. 4.1a where it is seen that the years 1998, (with 47),

1996, (with 51), and particularly 1994 with as many as 71, rank as the top 3 years. The year 2000

with only 14 'tm's ranks the lowest. Of course, we cannot ascertain what percentage of these

tracked vortices actually did give rise to a confirmed tornado touchdown along their trajectory or

to other kind of documented damage at the ground. In fact, only about 4 to 6 weak (F0 or F1)

tornadoes per year are confirmed in Southern Quebec, Vaillancourt (1999), although some may

escape visual observations due to the low density of the population in the many forested areas

under our radar coverage.

background image

25

(a)

(b)

Fig. 4.1: Yearly distribution of the tracked mesocyclones and of the 'mesocyclone hours'.

In Fig. 4.1b, the number of 'm5' detections comprising the tracked mesocyclones of each

year is simply multiplied by 5 minutes in order to derive the distribution of 'meso hours'. Note

that in this simple exercise, 2 co-existing mesocyclones each lasting for 30 minutes would

account for 1 'meso hour'. The result augments the exceptional nature of the year 1994 since the

average number of 'm5' detections (nearly 5) for the 71 'tm's is also higher than for all the other

years. The year 1998 also had relatively long lived mesos, equivalent to 4.7 'm5's which places it

higher than 1996, the latter being closer to the average of 4 detections per meso. The average of

14.3 'meso hours' per year is obtained by omitting the 1993 data, which, as stated in section 2.4,

is rather incomplete.

background image

26

The distribution of the lifetime of the tracked mesocyclones is provided in Fig. 4.2a while

the distance traveled, or path length, is given in Fig. 4.2b. Here, the 'lifetime' is computed from

the time difference between the initial and final detection and thus includes any intervening gaps.

(a)

(b)

Fig. 4.2: Distribution of the lifetime of the tracked mesocyclones and of their path length.

Five minutes are then added to this difference in order that a mesocyclone observed over say 2

radar cycles yield a lifetime of 10 minutes. The length of the trajectory is simply determined from

the initial and final position, not by summing the 5-minute segments. Unlike the typical

Oklahoma storms lasting for about an hour according to Zrnic et al. (1985), only 22, or 7.1%,

attained this persistence in the Montreal region. However, note that both the duration and the path

length are affected by boundary conditions, that is, by the inability of the algorithm to detect such

relatively small-scale vortices with equal efficiency at the farther ranges. (Refer ahead to Fig. 4.6

for a preview). We have not separated the statistics in terms of mesos whose lifetimes are entirely

within the detectable range and those that appear to emerge or vanish across this undefined

boundary. Since the latter are the stronger storms, it is likely that their path and duration are at the

upper end of the distribution. The typical magnitude for these two parameters for such storms is

background image

27

thus somewhat larger than indicated by the histograms. On the other hand, the weaker

circulations that may have been present at farther ranges were likely missed by the algorithm and

thus are not part of these statistics. Since we have chosen, for better clarity in display, to limit the

upper scale of these histograms to 100 minutes and to 100 km, there are five mesocyclones which

are 'off limits'. These are identified in Table 4.1 where we have also included the one with a

lifetime of exactly 100 minutes in order to underline the exceptional day that was August 4th,

1994, (as was also June 29-30th, 1998 according to Table 4.2).

Date

Time (UTC)

Duration (hh:mm)

Track Length (km)

4-August-1994

18:21-21:01

2:45

153

29-June-1998

18:29-20:44

2:20

93

21-June-1997

18:52-20:47

2:00

110

18-July-1995

16:30-18:20

1:55

95

4-August-1994

19:16-20:51

1:40

81

28-August-1994

19:39-21:04

1:30

124

Table 4.1: Times of mesocyclones with tracks that persisted for at least 100 minutes or of a
trajectory in excess of 100 km.

In order to identify as well as quantify the other prominent days or events in our sample

with substantial meso-cyclonic activity, we have summed all the 'm5' detections of a given day,

or of a sequence when it extends across midnight. The result may be referred to as the 'meso

index' of the day. Those that attain a 'meso index' of 18 or more, equivalent to at least 1.5 hours

of meso-cyclonic activity, are listed in Table 4.2. Under the column 'Mesos', we provide the total

number of tracked mesos and, in brackets, those with at least 3 'm5' detections. The combination

of neighboring days as one event and the exclusion of the one event in the year 2000 constitutes

the sample of 22 cases that have been the object of a separate investigation by John Gyakum of

McGill University. The results of his analysis highlighting particular features of the large-scale

circulation in the days preceding such events appear in Appendix A.

background image

28

Year

Day

Time (UTC)

Mesos

Index  (hh:mm)

1993

20-21 July

19:50 - 00:20

6  (3)

20  (1:40)

"

29 July

18:40 - 2040

6  (3)

20  (1:40)

"

31 August

19:20 - 2110

8  (6)

27  (2:15)

1994

31 May

18:50 - 20:30

3  (2)

25  (2:05)

"

12 June

19:20 - 21:30

6  (5)

27  (2:15)

"

29 June

19:00 - 22:00

5  (4)

25  (2:05)

"

21-22 July

19:30 - 01:40

21  (11)

75  (6:15)

"

4 August

18:20 - 24:00

11  (9)

91  (7:35)

"

28 August

15:40 - 21:30

4  (4)

40  (3:20)

1995

18-19 July

16:30 - 01:00

16  (6)

68  (5:40)

1996

19-20 May

22:50 -24:00

13  (8)

40  (3:20)

"

4 June

20:10 - 23:20

5  (4)

28  (2:20)

"

11 June

18:20 - 23:30

15  (10)

69  (5:45)

"

14-15 July

21:10 - 01:00

4  (4)

22  (1:50)

"

16 July

17:40 - 19:40

6  (3)

18  (1:30)

1997

21 June

18:50 - 21:20

4  (2)

31  (2:35)

"

25 June

19:10 - 21:00

4  (4)

32  (2:40)

"

15 July

20:20 - 24:00

9  (4)

29  (2:25)

"

28 July

17:00 - 19:00

7  (6)

31  (2:35)

1998

27 June

22:20 - 23:10

2 (2)

18  (1:30)

"

29-30 June

17:10 - 01:40

19  (12)

100  (8:20)

"

27 September

18:50 - 21:40

5  (3)

24  (2:00)

1999

5 July

06:00 - 07:00

7  (4)

20  (1:40)

"

6 July

15:40 - 23:00

6  (3)

25  (2:05)

2000

7 August

19:20 - 24:00

6  (4)

29  (2:25)

Table 4.2: Identification and quantification of the most meso-cyclonic events of
our 8-year study in terms of the number of trackable mesos and of the 'meso
index' as defined in the text. Those with an index exceeding 50 are highlighted.

background image

29

We have computed the diameter and vertical extent averaged over the lifetime of each

mesocyclone but such statistics are highly biased by the characteristics of those that are short-

lived. Therefore, we prefer to present in Fig. 4.3 the distribution of these parameters as obtained

from the 'm5'  detections that were associated with the tracked mesocyclones. These distributions

are bounded by the imposed threshold of 2 km in both the diameter and vertical extent of the 2-D

features comprising a mesocyclone. It appears from Fig. 4.3b that shallower features should

perhaps be accepted as mesocyclones, particularly if they exhibit a time continuity that will be

eventually verified by the tracking algorithm. This suggestion, together with a re-analysis

involving the modification of the various parameters that affect a mesocyclone detection, should

be the object of future investigations. Surprisingly, a scatter plot of the diameter and depth (not

shown) reveals no correlation between them.

(a)

(b)

Fig. 4.3: Distribution of the diameter and of the vertical depth of the 'm5' detections that are part
of the tracked mesocyclones.

background image

30

The distributions of the peak rotational velocity and of the average of the maximum shear

of the 'm5'  detections are likewise presented in Fig. 4.4a and b respectively. (Refer to the end of

section 3.4a for the definition of these parameters). Again, while Oklahoma mesocyclones exhibit

an average rotational velocity in excess of 20 m/s, the peak magnitude reached by our storms is

generally confined within the 10-15 m/s range. The linear correlation coefficient between these

two parameters is of the order of 0.5.

(a)

(b)

Fig. 4.4: Distribution of the peak rotational velocity and of the average maximum shear (as
defined in section 3.4a) of the 'm5' detections that are part of the tracked mesocyclones.

background image

31

In Fig. 4.5, we illustrate the hourly and monthly distributions of mesocyclones. In (a), we

use the times of the 'm5' detections while in (b) only the time at the start of the track is

considered. In (a), the hour shown refers to the beginning of the 1-h interval; thus the peak of 319

(25%) occurs during the 3:00 to 4:00 PM interval. Over half (56%) are included in the 3-h

interval between 2:00 and 5:00 PM while nearly the entire sample (84%) lies within the first 7

hours of the afternoon. The fact that such distribution reflects the diurnal trend of temperature is

not surprising. The secondary peak at (01:00-02:00) is exclusively due to the 'bow' squall line

event of  July 5th, 1999 which comprised short-lived mesocyclones.

In Fig. 4.5b, each month has been subdivided into three 10-day periods, allowing 11 days

for the months with 31 days. However, the data shown have not been normalized for this slight

inconsistency. There is a preferred period from about mid-June until early August, but severe

weather associated with mesocyclones may also strike in May and September. The local

minimum in the first 10 days of July may be accentuated by the unfortunate timing of the data

gaps in 1998 and particularly in 1995 as noted in section 2.4.

(a)

(b)

Fig. 4.5: Hourly and monthly distribution of mesocyclones in the Montreal area.

background image

32

Finally, we display the geographical distribution of the mesocylones detected by the

McGill Doppler radar during the 8 years of our study in Fig. 4.6 below. Here, each 'm5' detection

that is part of a tracked mesocyclone generates a circular imprint on our map of size equal to the

measured radial diameter. A subsequent detection is added if it influences the same region. In

Fig. 4.6, the number of times that a particular pixel came under the influence of a mesocyclone is

indicated by the color scale divided by 10. (This unconventional procedure is merely done in

order to use the existing 'fixed' 16-level scale for the display of the RAPID accumulation module.

The rest of the information should be ignored). Thus, the dark green, orange and red correspond

to 1, 2 and 3 mesos respectively. The range limits of the algorithm are from 5 to 120 km but we

Fig. 4.6: Geographical distribution of mesocyclonic vortices around the McGill Doppler radar
for 1993 to 2000 inclusively. Range rings are 20 km apart. Divide the "Mesos" scale by 10 in
order to obtain the number of mesocyclones affecting each pixel of the map.

background image

33

notice that the detections beyond about 80 km are drastically reduced. Since during periods of

cyclonic activity data is often collected in high resolution mode, we need to determine whether

this is the result of the sudden reduction in radial resolution occurring at a range of 80 km, or

whether it is a combination of the gradual loss in radial and azimuthal resolution. This can be

achieved by simulating a lower resolution from the archived higher resolution data. The

detectability loss beyond 80 km should also encourage us to devise an algorithm with range

dependent filtering in order to capture the weaker circulations at farther ranges while avoiding

excessive false alarms at nearer ranges.

There is a distinct greater probability of mesocyclones in the western part of the map,

with many pixels reporting more than 3 occurrences near and just north of the St-Lawrence River

but south of Highway 401. (The latter is drawn as a line between the Ottawa and St-Lawrence

Rivers). Another region of maximum activity is the Mirabel area and the surroundings. The

absence of detections within 5 km corresponds to the start of the search for mesocyclonic features

at that range. However, the almost total absence of vortices up to a range of nearly 20 km appears

to be closely related to the presence of significant water bodies in the vicinity of the radar.

background image

34

4.2 - RESULTS (Reflectivity Analysis)

We now present the results of the severe weather analysis as obtained from the

'reflectivity only' maps selected to identify convection, namely, the VIL, UVIL, GUST,

OVERHANG and the 7-km CAPPIs. All these maps describe the upper level structure of

thunderstorms, but most of the emphasis will be on the UVIL that does not suffer from ground

echoes, anomalous propagation, bright band and shadowing effects. In fact, in deriving the

statistics for the 'regular' VIL and the GUST maps, a significant area influenced by echoes from

the Green Mountains in the southeast starting at about the 120-km range had to be excluded. Data

within a 12-km range is also ignored for all maps because the last elevation at 34.4

°

 reaches a

height of 7 km at that range. Recalling that all maps are (240x240) arrays, the maximum range

for 1-km resolution maps has been chosen to be 120 km in order to ignore the data beyond that

range near the corners. All plots obtained from 2-km resolution maps are based on data within a

range of 180 km. Beyond this range, along a small sector in the NW, even the UVIL based on

data above 5 km begins to be affected by some shadowing from the required lower elevation

scans. This range was also selected on the initial assumption that the density of severe weather

beyond it as detected by radar would be diminishing because of the smoothing effect of the

widening beam width. We shall see as in Figs 4.12 and 4.13 that this is surprisingly not the case

but we have nonetheless chosen to retain a maximum range of 180 km for the statistical plots.

However, a re-derivation of all the statistics with the range extended up to 240 km performed

while finalizing this report did obviously increase the 'area' and 'hours' above the thresholds but

does not appear to have significantly altered the relative severity among the various years.

We first present in Figs. 4.7 and 4.8 the frequency distribution of the selected severe

weather parameters as obtained from all the Cartesian maps of the entire 8-year data set. These

log-linear distributions begin at the thresholds chosen in section 2.5 and indicate the frequency of

occurrence in terms of the area in km

2

 within each subsequent unit interval. They terminate at a

suitable upper level where the rarity of the occurrences renders the curves erratic. This latter

effect can be eliminated by plotting the same data in terms of cumulative frequency distributions,

but such plots are not presented here. Plots are provided for both the 1- and 2-km resolution

pixels, for ranges up to 120 and 180 km respectively, making the area of analysis for the latter

2.26 larger. (However, we are reminded that because of the 0.86

°

 beam width of the McGill

background image

35

radar, or the 1

°

 sampling of the archived data, the azimuthal resolution is actually 2 and 3 km

respectively at those ranges. Additional averaging is performed during the polar-to-Cartesian

transformation, prior the application of the thresholds.)

(a)

(b)

Fig. 4.7: Frequency distribution of the logarithm of the area of the indicated severe weather
parameters obtained from 8 years of Cartesian maps. (a): 1-km resolution between ranges of 12
to 120 km. (b): 2-km resolution from 12 to 180 km.

The parameters plotted in Fig. 4.7 exhibit a linear behaviour over a significant portion of

the abscissa, that is, the frequency of occurrence (or area) within any unit interval can be

expressed as

Area = C exp

-

λ

x

We provide in Table 4.3 the values for Ln(C) and 

λ

, where Ln is the natural logarithm.

Limits

Ln(C)

λλ

1 km

2 km

1 km

2 km

VIL

40-120 kg/m

2

10.73

10.91

0.072

0.063

UVIL

20-80 kg/m

2

10.31

10.85

0.090

0.082

GUST

15-40 m/s

12.83

13.25

0.188

0.179

Table 4.3: Values of the Ln(C) and 

λ

 parameters describing the log-linear relationships of the

curves plotted in Fig 4.7.

background image

36

(a)

(b)

Fig. 4.8. (a): As in Fig. 4.7 but for the reflectivity on 7-km CAPPI maps. (b): Number of hours
when the 'overhang' exceeded the indicated area.

In Fig. 4.8a is presented the distribution of the reflectivity on 7-km CAPPI maps. Note

that the 'polar-to-Cartesian' processing alluded earlier causes the area of reflectivities > 58 dBZ

on 2-km resolution maps for ranges 12 to 180 km to be less than that from 1-km resolution maps

that extend only up to 120 km. (A similar effect will be seen in Figs 4.9 and 4.11). The (3x3)

Cartesian smoother applied to all 7-km CAPPI maps further contributed to this behaviour. In

retrospect, it may not have been appropriate to implement it.

The presentation of statistics in terms of area within the unit interval of a parameter has

some practical limitations since forecasters and the public alike do not have an inherent natural

perception of 'area'. Instead, they can more easily relate to the time during which severe weather

may persist. A cumulative frequency parameter is likewise better understood. Therefore, since the

'overhang' parameter is probably more difficult to grasp than the others, we have chosen to

present in Fig. 4.8b the number of hours that an overhang of a certain size has been exceeded on

the 1- and 2-km resolution maps. (Here, the original formulation of the overhang algorithm by the

RAPID software is such that a search is performed over the entire (240x240) array and thus

background image

37

includes the corners of these maps). The smallest area threshold has been selected to be 4 km

2

,

corresponding to 1 pixel of the 2-km resolution maps. Thus, from Fig. 4.8b, we can state that

there were about 20 (~60) hours over the 8-year period when the overhang area on the 1 (2)-km

resolution maps exceeded 40 km

2

.

(a)

(b)

Fig. 4.9:Yearly distributions of the areal coverage of the 'elevated VIL' parameter for the two
indicated ranges, or resolutions.

We momentarily return to the presentation of statistics in terms of area, but expressed as a

cumulative distribution, in order to compare the relative severity of the years analyzed. For this

purpose, we select the parameter least affected by radar artifacts, namely the UVIL. The

equivalent distributions derived with the other parameters exhibit similar features, both in their

linearity in log-linear coordinates and in the general relationship among the various years. We

concentrate on the longer-range data of Fig. 4.9b because the fewer intersections of curves imply

that the relative severity among the various years is not dependent on the magnitude of the

threshold. Ignoring 1993 because of its incompleteness, 1996 and 2000 clearly stand out as the

two most benign years. The lack of extensive convection in 1996 is surprising since, as seen

earlier in Fig. 4.1, it ranked among the top three in terms of mesocyclonic activity. The year 2000

instead is 'quiet' using both barometers. The year 1995 lies in between these 'quiet' years and the

background image

38

remaining 4 active years. Noteworthy is the different level of severity of the year 1999 in (a) and

(b) indicating that the high intensity cells occurred at ranges between 120 and 180 km.

(a)

(b)

Fig. 4.10: Hourly distributions of deep convection derived from the entire 8-year data set given
in terms of the specified intensity and area thresholds of the UVIL parameter. The area
thresholds are 10 and 40 km

2

 for the 1- and 2-km resolutions respectively.

We now combine the entire 8-year sample in order to illustrate in Fig. 4.10 the hourly

distribution of convection as was done earlier for mesocyclones in Fig. 4.5a. The intensity of the

convection is quantified in terms of three UVIL thresholds and of an area threshold that in

combination are suitable for the resolution and coverage analyzed.  Thus, if on a 1-km resolution

map there are at least 10 pixels exceeding say 20 kg/m

2

, then 5 minutes is added to the 'hour slot'

that includes the time of such map. In Fig. 4.10b, the intensity thresholds have been reduced and

the area threshold increased to 40 km

2

 in order to partially compensate for the averaging over the

larger (2 km by 2 km) pixels and the larger area of analysis. The resulting curves are of a similar

order of magnitude for both resolutions, again displaying a peak during the 15:00 to 16:00 EST

interval as was the case with mesocyclones. This peak tends to broaden as the intensity threshold

is increased. No severe convection is observed between 05:00 and 10:00 EST but a few

exceptional events caused the secondary peak around 02:00 EST.

background image

39

(a)

(b)

Fig. 4.11:Yearly distributions of intense convection given in terms of hours for which various
intensity and area thresholds have been exceeded on UVIL maps.

A similar method of analysis is adopted in order to stratify hours of severe weather by

year as illustrated in Fig. 4.11. The outcome resembles the previous results of Fig. 4.9, namely,

the 'quieter' years of 1996 and 2000 and the contrast in statistics between (a) and (b) for the year

1999. In addition, this figure enables us to determine the number of hours that convection of a

particular intensity and size has been observed within radar ranges of 120 and 180 km

respectively. For example, from Fig. 4.11a, the time during which the UVIL values exceeded a

threshold of 30 kg/m

2

 over at least 10 km

2

 within a range of 120 km was 16.4, 5.9, 1.0, 6.9, 14.4,

6.5 and 2.2 hours for the years 1994 to 2000 respectively.

background image

40

(a)

(b)

Fig. 4.12: Geographical distribution of deep convection for the years 1993 to 2000 inclusively.
In (a), the magnitude of the UVIL measurement is integrated if it exceeds a threshold of 15 kg/m

2

and then the sum is divided by 10 to conform to a typical VIL scale. In (b), we provide the
number of minutes over the 8-year period that the UVIL measurement exceeded the same
threshold. Range rings are 40 km apart.

In Fig. 4.12 above, we display the geographical distribution of deep convection within

240 km from the McGill radar. Deep convection is defined by the 15 kg/m

2

 threshold in the UVIL

pixel measurement. In Fig. 4.12a, the actual value is added to each pixel wherever that threshold

is exceeded. The result after integrating the 8 years of data is divided by 10 in order to confine

the sum to be within the range of a typical VIL scale. The other annotations on the right-hand

side of the map should be ignored. In Fig. 4.12b, '5 minutes' is contributed by each pixel affected

by deep convection as just defined. A (3x3) smoother operating on only the non-zero pixels has

been applied to both maps. Similar maps have been derived for 1-km resolution data extending

only up to 120 km but we prefer to comment on the long-range analysis. We observe that these

fields are not spatially uniform but exhibit preferred regions of deep convection or of lack of it.

Even by ignoring a small sector in the NW beyond about 200 km that may still be affected by

some shadowing, there remains a reasonably well-defined north-south corridor across the length

of the map where deep convection is less likely to occur. This region consists mainly of the

forested lands of the Laurentians Hills in the north and of the Adirondacks Mountains in the

south. The nearby minimum at ranges between about 15 and nearly 40 km is not due to

geometrical factors involving the highest elevation angle but appears to denote a genuine lack of

strong convective activity over the Metropolitan area of Montreal and surrounding areas. Regions

background image

41

of enhanced convective activity are observed over the St-Lawrence flatlands, in particular over

the Province of Ontario in the west and southwest, in the east beyond Sherbrooke and in northeast

up to Quebec City.  Another area is evident over the New England States in the farther ranges of

the southeast. The convection over Ontario may be considered as an extension of the Canadian

'mini-tornado alley' in southeastern Ontario that extends along a corridor from Windsor up to

Ottawa. The activity that appears to be aligned along a northwest-southeast direction at ranges

beyond 120 km between Montreal and Quebec City is related to the frequent occurrence of a

stationary front that in the summer separates the colder air mass of the lower St-Lawrence from

the warmer and more humid air mass that intrudes just past Montreal. Along this front, severe

thunderstorms are seen to form as was the case for several days in early June 1999, explaining the

behaviour of the curve for 1999 seen earlier in Fig. 4.11b.

The lack of a general loss in detectability as is usually observed with many radar

parameters as the range is increased is somewhat puzzling. On the contrary, the opposite effect

manifests itself on these climatological results in spite of the beam broadening with range. We

must mention that in addition to the standard 1/r

2

 range correction performed on our radar data,

we also add an atmospheric gases (mainly oxygen) correction amounting to 1.5 db/100 km, (Fig.

6.1 of Battan, 1973). Is it possible that the extra 3 dBZ and more added to the reflectivity beyond

200 km is mainly responsible for the observed regional distribution ? A careful scrutiny of all

surface reports of severe weather over the past 8 years may be able to answer this question.

Finally in Fig. 4.13 we provide the year-by-year distributions that together contribute to

the overall result shown in Fig. 4.12b. A lower threshold of 10 kg/m

2

 has actually been used in

order to increase the number and size of the observed features. We immediately recognize the

relatively inactive years of 1995, 1996 and 2000, the latter displaying a striking inverse-range

effect. Convective activity is seen to be concentrated mainly in the northern half of our radar

coverage in 1994, to the southern half in 1998, mainly in the west in 1997 while the storms that

developed along the stationary front between Montreal and Quebec City in 1999 are well

depicted. Can these features also be related to a predominant large-scale pattern of hemispheric

circulation prevalent over our region in those particular years as it has been confirmed for

mesocyclonic activity in Appendix A?  This can be the object of future investigations.

background image

42

background image

43

Fig. 4:13: Geographical distribution of convective precipitation for each of the 8 years analyzed
in terms of the number of minutes that a value of 10 kg/m

2

 was exceeded on the UVIL map. Range

rings are 40 km apart.

background image

44

5- CONCLUSIONS

Thanks to a 'summary' log that permits the quick selection of convective periods, to the

efficient extraction of the raw volume scans from exabyte tapes, and to the existing McGill

RAPID software that allows a complete analysis of radar data in simulation mode, we were able

to process 8 summers (1993-2000) of radar data efficiently and effectively. This software

package has also been used to assess the methodology for a similar radar-based severe weather

climatology in Alberta. The result of this effort applied to one month (July 2000) of data from the

radar at Carvel is included in an attached document authored by J. Brimelow and G. W. Reuter of

the University of Alberta.

Approximately 2000 hours of McGill radar data have been analyzed, out of which about

1500 hours had some degree of convection according to the radar parameters selected for its

identification. These were: VIL, upper level VIL or UVIL, GUST, OVERHANG and the

reflectivity on 7-km CAPPI maps. A mesocyclone detection and tracking algorithm also played a

crucial role in determining the characteristics and the relative occurrence of small-scale

circulations. The years 1994 and 1998 were especially active in this respect, in particular 4-

August-1994 and 29-June-1998 when mesocyclones were tracked for periods of the order of 1

and 2 hours and over distances of the order of 100 km, (Table 4.1 and 4.2). A preliminary

investigation on the relationship between 22 mesocyclone events and the characteristics of the

hemispheric circulation on days prior such events, prepared by Prof. J. Gyakum of McGill

University, is presented in Appendix A. Hourly and monthly distributions of mesocyclone

detections in Fig. 4.5 reveal their higher probability of occurrence during the 3-hour period

between 2 and 5 PM local time and from mid-June to early August. Their geographical

distribution portrayed in Fig. 4.6 is the first of its kind produced in Canada. It reveals an

increased relative probability over the western coverage of the McGill radar as well as to the

north near Mirabel, and a reduced probability near the Metropolitan area of Montreal, in

particular over and in the neighborhood of water bodies. This analysis also shows a marked loss

in detectability for ranges beyond 80 km, suggesting an improvement of the algorithm by means

of range dependent thresholds.

background image

45

The analysis of deep convection in terms of the 'reflectivity only' parameters, Fig. 4.7 and

4.8, shows an exponential decrease in the probability of the higher thresholds. The UVIL map has

been preferred for comparison of the 8 years analyzed because it is the least affected by radar

artifacts. Figs. 4.9 and 4.11 both classify 1996 and 2000 as relatively inactive while the size and

frequency of occurrence of convection in 1994,  1997, 1998 and 1999 is significantly higher. The

geographical distribution of UVIL measurements has been obtained for both the entire 8-year

period, Fig. 4.12, and for the individual years, Fig. 4.13. In contrast with the mesocyclone

detection, there appears instead to be a higher occurrence of deep convection at the farther

ranges, both west and east of the radar. A relative minimum is quite noticeable along a corridor

running north and south of the radar. The exact explanation of this result in yet uncertain, but it

appears that the heavily forested areas of the Laurentians to the north, of the Adirondacks in the

south and the small lakes near Montreal tend to suppress strong convection while the flatlands

along the St-Lawrence River enhances it.

Many of the initial objectives listed in the introduction have already been achieved,

namely the compilation of a climatology for southern Quebec and the development of a

methodology that is being implemented in southern Ontario and Alberta. We have also identified

the planetary-scale precursors of severe mesocyclonic events. But this work also points out the

need for continuing this effort. For example, we need to investigate whether similar patterns are

observed for other severe weather days that lack small-scale circulations. A convective index for

the days analyzed will need to be developed, as was done for mesocyclones.

Other areas that may warrant additional research are:

- To devise the optimum combination of range-dependent thresholds for the detection of

mesocyclonic vortices so as to increase detection at far ranges while avoiding false alarms at

nearer ranges.

- To eliminate completely the spurious mesocyclone detections caused by shear or other factors.

To separate these spurious detections from the short-lived (< 10 minutes) true mesocyclones.

- To investigate the effects of high spatial resolution on mesocyclonic detection. Likewise, to

reduce the MRO data sets to a temporal and vertical resolution proposed for the Canadian Radar

background image

46

network in order to examine any possible loss in detectability and to devise appropriate

compensating measures.

- To correlate both the radar and surface reports observations of severe weather, at least in terms

of the general features of the geographical distributions noted in this report.

- To determine whether the tracking algorithm can be applied for the derivation of characteristics

of non-rotating storms. Is there a relationship between the number and size of cells observed over

the years?

- To develop the full potential of the tracking algorithm by applying it for short-term forecasting

of individual severe weather storms.

- To determine the exact cause of the inverse range effect seen in the geographical distribution of

deep convection. Can this be related to any prevailing synoptic condition?

- To include the year 2001 into our analysis. Incidentally, as of July 13, 2001, there has been no

data loss for the current year.

-To assess the effect of various degrees of calibration uncertainty on the derived statistics.

- To include short-period rainfall accumulation statistics deduced from radar as a separate

measure of severe weather.

6- ACKNOWLEDGEMENTS

We foremost acknowledge the support of the Climate Change Action Fund for providing

the required financing that made this research possible.  We also thank the staff at the McGill

Weather Radar Observatory, in particular Alamelu Kilambi who participated in the development

of the RAPID software, and GyuWon Lee, a Ph.D student who assisted in the preparation of

some of the graphs of this report. The first author also benefited from electronic and personal

discussions with Julian Brimelow of the University of Alberta during his stay at MRO.

background image

47

7- REFERENCES

Amorim, W., O. Massanbani and I. Zawadzki, 1997: An evaluation of the predicted

pulse-type thunderstorm gusts using horizontal divergence field from Doppler

radar data. Preprints 28th Conf. on Radar Meteor., Amer. Meteor. Soc., 378-379.

Austin, G.L., A. Kilambi, A. Bellon, N. Leoutsarakos, A. Hausner, L. Trueman, and M. Ivanich,

1986: Rapid II; An operational, high speed interactive analysis and display system for

 

intensity radar data processing.  23rd Conf. on Radar Meteor. & Conf. on Cloud Physics,

Snowmass, Co, Amer. Meteor. Soc., JP, p 79-82.

Battan, L. J., 1973: Radar Observations of the Atmosphere, University of Chicago Press,

279pp.

Bellon, A., and A. Kilambi, 1999: Updates to the McGill RAPID (Radar data Analysis,

Processing and Interactive Display) system.  29th Conf. on Radar Meteor., Amer.

 Meteor. Soc., 121-124.

Bellon, A. andI. Zawadzki, 1994: Microburst climatology for the Montreal area using the

McGill Radar Observatory. Final report for Transport Canada Aviation, Contract

No. T8080-3-0656/01-33, 25 pages.

Bellon, A., and G.L. Austin, 1976: SHARP (SHort-term Automated Radar Prediction). A

 real-time test. Preprints 17th Conf. on Radar Meteor., Amer. Meteor. Soc.,

 522-525.

Brown, R.A. and V.T. Wood, 1991: On the interpretation of single-doppler velocity patterns

within severe thunderstorms. Weather and Forecasting6,  32-48.

Desrochers, P.R and R.J. Donaldson Jr., 1992: Automatic tornado prediction with an improved

mesocyclone-detection algorithm. Weather and Forecasting7, 373-388.

background image

48

Duncan, M.R., A. Bellon, A. Kilambi, G.L. Austin, and H.P. Biron, 1992:  PPS and PPS jr:  A

distribution network for weather radar products, severe warnings and rainfall forecasts.  8th

International Conference on Interactive Information and Processing Systems for Meteorology,

Oceanography and Hydrology, Atlanta, Georgia, p 67-74.

Emanuel, K. A., 1981: A similarity theory for unsaturated downdrafts within clouds. J.

 Atmos. Sci., 36, 2462-2478.

Fischer, A. P., 1997:  A synoptic climatology of Montreal precipitation.  McGill

University Master's Thesis.  71 pp.

Green, D. R., and R. A. Clark, 1972:  Vertically Integrated Liquid Water Content - A New

Analysis Tool.  Mon. Wea. Rev., 100, 548-552.

Hudlow, M. D., and V. L. Patterson, 1979: GATE Radar Rainfall Atlas. NOAA Special

 

Report. 155 pp.

Kilambi, A. et al., 1997: RAPID: A Radar data Analysis, Processing and Interactive

Display system.  28th Conf. on Radar Meteor., Amer. Meteor. Soc., 220-221.

Kozak, S., 1998: Lightning in Alberta thunderstorms: Climatology and case studies.

 

M.Sc. Thesis, Univ. Alberta, 127 pp.

Kruger, A., W. F. Krajewski, D. J. Seo, and J.P. Breidenbach, 1999: Development of a

large radar database for hydrometeorological studies. Preprints 29th Conf. on

 Radar Meteor., Amer. Meteor. Soc., 945-948.

Lackmann, G. M., and J. R. Gyakum, 1996: The synoptic and planetary-scale signatures

of precipitating systems over the Mackenzie River Basin.  Atmos-Ocean34,

 

647-674.

Lackmann, G. M., J. R. Gyakum, and R. Benoit, 1998:  Moisture transport diagnosis of a

background image

49

 wintertime precipitation event in the Mackenzie River Basin.  Mon. Wea. Rev.,

126, 668-691.

Lapczak S. and others, 1999: The Canadian National Radar Project. Preprints 29th Conf.

 on Radar Meteor., Amer. Meteor. Soc., 327-330.

Mapes, B. E., 2001: Climatological studies with Doppler radar. Preprints 30th Conf.

 on Radar Meteor., Amer. Meteor. Soc., Paper No. 12A.11.

Petrocchi, P. J, 1982: Automatic detection of hail by radar. Air Force Geophysics  Laboratory

report No. AFGL-Tr-82-0277.  33 pages.

Reuter, G. W., and N. Aktary, 1995:  Convective and symmetric instabilities and their

effects on precipitation:  seasonal variations in central Alberta during 1990 and

1991.  Mon. Wea. Rev.123, 153-162.

Smith, S.B., G.W. Reuter, and M.K. Yau, 1998: The episodic occurrence of hail in

 

central Alberta and the Highveld of South Africa. Atmosphere-Ocean36,

169-178.

Stewart, S. R., 1991: The prediction of pulse-type thunderstorm gusts using vertically

 integrated liquid water content (VIL) and the cloud top penetrative downdraft

mechanism. National Weather Service Office, FAA Academy, Oklahoma City,

 NOAA Tech. Memo. NWS SR-136.

Vaillancourt, P., A. Bellon, and I. Zawadzki, 1997: Results from a mesocyclone detection

algorithm over southwestern Québec, Canada. Preprints 28th Conf. on Radar Meteor.,

Amer. Meteor. Soc., 349-350.

Vaillancourt, P., 1999: Severe weather detection in the Quebec region and its limitations.

Preprints 29th Conf. on Radar Meteor., Amer. Meteor. Soc., 125-128.

background image

50

Zrnic, D.S., D.W. Burgess and L.D. Hennington, 1985: Automatic detection of mesocyclonic

shear with Doppler data. J. Atmos. Oceanic Technol., 2,  425-438.

background image

51