Challenging Aspects of Challenging Aspects of Severe Tropical Cyclone Severe Tropical Cyclone George George’ ’s Track Forecasts s Track Forecasts 

Jim DAVIDSON Jim DAVIDSON 

Former Affilliation Former Affilliation

Severe Tropical Cyclone George bears down on the Western Australian Coast 

in early March 2007

Tropical Cyclone George – March 2007

Setting the Scene Setting the Scene STC George was both very intense and physically large 3 fatalities – numerous injuries – localised damage 10 minute mean wind = 194 km/h recorded just offshore Equivalent to wind gusts reaching 275 km/h “Very destructive winds” to about 115 km inland 5 metre storm tide but landfall near the bottom of the tide Substantial but not significant rainfalls occurred No major flooding due lack of previous rainfall and the steady movement of the cyclone Track forecasts were very challenging and the focus of this presentation

4 Panels of Multi­Sensor Satellite Imagery close to Landfall

Radar Image with the elliptical eye of George straddling the coast

“Very Destructive Wind” swath of TC George extended well inland

WA TC Forecast Accuracy : 2006­07 season 

0 

100 

200 

300 

400 

500 

600 

0  12  24  48 

Forecast Time (h) 

Accuracy (km) 

George  Jacob  Kara  01/02­05/06 Average 

Track Forecast Performance

Best Track in Black with Multi­model Forecast Tracks in various colours 

Selection of Forecast Tracks & Best Track at base time 060000 UTC

Best Track in Black with Multi­model Forecast Tracks in various colours 

Selection of Forecast Tracks & Best Track at base time 061200 UTC

Best Track in Black with Multi­model Forecast Tracks in various colours 

Selection of Forecast Tracks & Best Track at base time 070000 UTC

Best Track in Black with Multi­model Forecast Tracks in various colours 

Selection of Forecast Tracks & Best Track at base time 0712000 UTC

EC Model Track Forecast Ensemble at base time 060000 UTC

Warning Graphic with 24/48 hour Forecasts ­ base time 060000 UTC

One exception to the generalisation … The UKMO ensemble did indicate the possibility of a tight recurvature but this 

prediction was made earlier on 3 March. Amidst other guidance, including later runs of the UKMO, it did not influence the forecast to any degree except maybe to raise 

the probability of such a scenario from zero to still quite a very low number.

Warning Performance Warning Performance The possibility that George could recurve to the south was identified late morning on 7 March and a Cyclone Watch was issued for coastal and island communities The section of coast where George ultimately made landfall was first put under Cyclone Warning late on 7 March, approximately 24 hours prior to landfall Warnings consistently indicated that George was expected to impact the coast as a Severe TC Moreover – the warnings specifically stated that the system was expected to produce “very destructive winds” for more than 100 km inland

TCWC Methodology TCWC Methodology Meteorologists in the TCWC construct track forecasts based on a consensus approach, combining available dynamical and statistical forecast aids The forecasts issued by the TCWC drew directly upon guidance from 9 independent models Meteorologists also informed their decision­making by accessing output from models run in ensemble mode Despite being the most skilful track forecasting methodology available – and practised in all major TCWCs – it is still dependent on the skill of the component guidance

TCWC Methodology TCWC Methodology Remarkedly, the available guidance had a “small spread” (very little variation in direction and speed of the tracks) None of the available guidance foreshadowed the abrupt southerly shift in motion This was considered a surprising outcome even in 2007 It was extremely rare for all available guidance to fail “Small spread” lends to higher confidence in the track forecast Hence this is the worst situation a TCWC meteorologist can face – namely a “small spread” leading to high confidence, but ultimately large error

1.  Small Spread/Large Error: Nightmare 

2.  Large Spread/Large Error: Largest opportunity for improvement 

3.  Small Spread/Small Error: Ideal Case 

4.  Large Spread/Small Error: Opposing errors cancel each other out 

Error Vs Spread 

1  2 

4 3

Small Model Spread ‐ Large Error 

George ­ the hard one!

A Puzzling Question A Puzzling Question 

Assuming a model has a fair and realistic representation of the TC and the environment, why/how does it steer the system in a direction inconsistent with the steering flows it depicts?

TC Steering 101 TC Steering 101 (largely courtesy of  NRL Monterey) (largely courtesy of  NRL Monterey) 

TC motion is the result of a complex interaction between a number of internal and external influences Large­scale environmental steering is typically the most prominent external influence on a TC, accounting for as much as 70 to 90% of the motion – and is computed by separating the TC wind fields from the large­scale environmental wind fields (which is easier said than done) Separation of flow is dependent on the situation but can be anywhere from 1­7 degrees from the centre of the TC Deep­layer mean steering is obviously best but a single layer computation can sometimes provide a crude estimate Internal influences (such as the Beta Effect) steer the TC poleward and westward in both hemispheres

Possible Significant Factors Possible Significant Factors leading to the Sharp Recurvature leading to the Sharp Recurvature TC Humba (undergoing ETT well upstream) TC Jacob (Fujiwhara Effect) Beta Effect Poorly represented monsoonal flow in the models (Assymetrical Convection not a consideration here)

Possible Significant Factors Possible Significant Factors leading to the Sharp Recurvature leading to the Sharp Recurvature TC Humba (undergoing ETT well upstream) TC Jacob (Fujiwhara Effect) Beta Effect Poorly represented monsoonal flow in the models

TC Humba was undergoing ETT well upstream (near 

90E) and is unlikely to have influenced George’s track to 

any measurable degree

Possible Significant Factors Possible Significant Factors leading to the Sharp Recurvature leading to the Sharp Recurvature TC Humba (undergoing ETT well upstream) TC Jacob (Fujiwhara Effect) Beta Effect Poorly represented monsoonal flow in the models

TC Tech Bulletin issued 0112 UTC 07/03/2007 by the Perth TCWC: 

....“No model has effectively captured TC Jacob in the analysis fields, and therefore all guidance is considered with some caution. Interaction between the two systems may imply a greater level of SW motion in the short term, but may also hinder any recurvature in the longer term.”...

“I am almost 100% convinced that this was all down to the model's handling of Jacob. 

I am giving a talk at a symposium later this week on why tropical cyclone forecasts sometimes go wrong. I plan to make this one of my prime examples! It illustrates that modelling the environment around the tropical cyclone is just as important as modelling the cyclone itself to get a good forecast.” 

Julian Heming Tropical Prediction Scientist UK Met Office

G 

J 

Track of TC Jacob 

Jacob was relatively weak and moving further away from George during the critical forecast period

­300 

­200 

­100 

0 

100 

200 

300 

­500  ­400  ­300  ­200  ­100  0  100  200  300  400  500 

Jacob 

george 

7/3 09Z 

7/3 09Z 

4/3 00Z 

4/3 00Z 

TC George ­ TC Jacob interaction

TC George ­ TC Jacob Interaction TC George was larger and more intense 

Expect greater effect on TC Jacob’s track 

Break in interaction as cause of S’ly motion? 

Ø Systems don’t breach ‘direct interaction’ threshold 

Ø From late on the 5 th  interaction would have decreased as separation increased 

Ø Systems continued to separate around time of TC George’s abrupt change in direction towards the south 

Ø Independent or causal? 

Ø Weak argument given distance and relative strengths

Possible Significant Factors Possible Significant Factors leading to the Sharp Recurvature leading to the Sharp Recurvature TC Humba (undergoing ETT well upstream) TC Jacob (Fujiwhara Effect) Beta Effect Poorly represented monsoonal flow in the models

Beta Effect 101 Beta Effect 101 (largely courtesy of  NRL Monterey) (largely courtesy of  NRL Monterey) 

Local change of the vertical component of relative vorticity – maximum value at the equator and zero at the poles Causes TCs to move polewards and westward with a speed of several degrees per day (in the absence of the large­ scale steering flow) Function of the TC size but not necessarily the TC intensity When the TC size is large (as with George), the Beta Effect may have some impact on the motion and should therefore be considered when developing track forecast strategy

Physically large – therefore expect greater beta effect 

Likely to have influenced the motion to some degree but difficult to argue that the beta effect contributed in a significant way to the abrupt change in direction 

Far more likely that the beta effect would have lead to a more gradual change in direction towards the southwest 

Beta Effect on George

Possible Significant Factors Possible Significant Factors leading to the Sharp Recurvature leading to the Sharp Recurvature TC Humba (undergoing ETT well upstream) TC Jacob (Fujiwhara Effect) Beta Effect Poorly represented monsoonal flow in the models

300/50 knots 

090/50 knots 

190/25 knots 010/25 knots

4 Sector Vector Analysis at 071200 UTC – EC 500 hPa 

North – 300/50 East – 330/30 South – 100/60 West ­ 130/20 SUM – 025/35

TXLAPS 500 hPa Wind Analyses 

061200 UTC  070000 UTC 

071200 UTC  080000 UTC

TXLAPS 500 hPa Wind Analysis at 080000 UTC

TC Justin in 1997 was centred in the Coral Sea off Queensland. The system was located north of a strong 500 hPa ridge and all computer models  forecast it to move under the influence of the middle­level easterlies on to the Queensland coast. However the monsoon westerly flow to the north was very strong and deep such that the easterly flow was balanced by the monsoon flow and the system remained stationary.

TC LUA 2012 – small spread & small error

Animation of Synthetic and Actual IR Imagery (Sun and Rikus, 2004) 

ACCESS­TC Operational Forecast of TC Lua, Base Time 12UTC, 15 March 2012 

Courtesy Lawrie Rikus, ESM Program, CAWCR 

Sun, Z. and L.J. Rikus, 2004: Validating model clouds and their optical properties using Geostationary satellite imagery. Mon. Wea. Rev., 132, 2006­2020 

Animation of Model & Actual IR Imagery (TC LUA)

Severe Tropical Cyclone YASI

Track of TC YASI with extent of hurricane, storm & gale force winds 

Bright RED = Hurricane force winds

TC YASI – a really good example of Small Spread & Small Error for almost a week 

leading up to landfall

TC TC Yasi Yasi Forecast Tracks Forecast Tracks

TC TC YASI YASI (& TC (& TC ULUI ULUI) Forecast Performance ) Forecast Performance

Model forecasts for SANDY were exceptional out to 7 days 

Deterministic EC 

Multi­Model Ensemble Strike Probability Map

In conclusion In conclusion … … The influence of strong and deep monsoonal westerlies on the steering flow of TCs is not always fully captured by numerical models (as highlighted with TC George) Consensus track forecasting has been largely a positive experience but still value from detailed synoptic analysis Increased availability of near real­time wind field analyses from a suite of numerical models together with remote sensed wind data over the oceans should hopefully lead to careful synoptic analysis being a routine function in TCWCs (if of course forecaster numbers allow)

Thank you Thank you … … 

Questions ? Questions ?