A Mesoscale Analysis of the March 29, 1998 ComfreyTornado 

Joseph D. HoechstUndergraduate – Atmospheric and Oceanic Sciences

University of Wisconsin­MadisonEmail: hoechst@wisc.edu

Department of Atmospheric and Oceanic SciencesUniversity of Wisconsin­Madison

1225 West Dayton St.Madison, WI 53706

AbstractOn March, 29, 1998, a severe weather outbreak occurred in southern Minnesota in which a singlesupercell produced thirteen tornadoes.  One of the tornadoes grew to an F4 scale and demolishedthe small  town of Comfrey, Minnesota.   This tornado was on the ground for 1 hour and 25minutes and covered 67 miles, making it the fifth longest track in Minnesota history.  A detailedsynoptic and mesoscale analysis is given to explain the setup to the severe weather event as wellas why the tornado stayed on the ground for so long.   The synoptic weather analysis showedideal conditions with plenty of moisture transported into the Midwest and a strong low pressuresystem with an intense warm front provided the main lifting mechanism to cause convection.  Inthe mesoscale analysis, it is shown that a combination of a continuous supply of warm, moist air,a restrengthened supercell, and the position of the warm front produced the most intense tornadoseen in the month of March in Minnesota history. 

1

I. Introduction

Tornadoes are some of MotherNature’s most intriguing, yet devastatingphenomena.  The raw power of tornadoesforming from supercells can be quiteimmense.  In general, a tornado can beformed from a number of favorablemesoscale and synoptic conditions workingtogether to produce a supercellthunderstorm.  Figure 1 shows a classicsupercell adopted from Lemon and Doswell(1979) that more than likely will spawn atornado.  A mesocyclone will form insidethe supercell with wind shear, typicallyveering winds with height with regards to a

right­moving supercell.  This rotating airwill then be caught in the updraft of thesupercell forming a cyclonically rotatingmesocyclone.  Intense rain bands begin towrap around the backside of themesocyclone forming the classic hook­echofeature seen on radar.  Once these rain bandsbegin to wrap around the mesocyclone, therear­flank downdraft may end up draggingthe mesocyclone down toward the groundforming a tornado.  Once a tornado is on theground, the time it spends on the grounddepends on the availability of warm, moistinflow and whether or not it can generate itsown vorticity to produce helicity.

2

Figure 1: Top view of a conceptual model of a classic supercell.  RFD stands for rear­flanking downdraft, FFDstands for forward­flanking downdraft, and UD stands for updraft.  The red arrows indicate warm, moist aircoming in toward the updraft.  The green arrows indicate rain­cooled air being dragged to the surface by thedowndraft.  This conceptual model is adopted from Lemon and Doswell (1979).

During the afternoon and evening ofMarch 29, 1998, a severe weather outbreakoccurred in the upper Midwest in which asingle supercell spawned thirteen tornadotouchdowns alone in southwestern andsouth­central Minnesota.  This vigoroussupercell produced two tornadoes thatreached at least F3 scale and caused majordamage particularly in the towns ofComfrey and St. Peter.  According to theNational Weather Service, one of the majortornadoes produced by this large supercelltraveled a total of 67 miles, making this thefifth longest tornado path length inMinnesota history (National WeatherService, 2008).  What was unique about thistornado as compared to the other four thathad longer tracks was that it remained on theground the entire time.  This paper exploresthe synoptic and mesoscale dynamics of theatmosphere that allowed for such favorableconditions to produce a severe weatheroutbreak in Minnesota, and also focuses onthe development and sustainability of astrong tornado that ripped through Comfrey,Minnesota.  This paper includes aclimatological overview of Minnesota, asynoptic overview, a mesoscale discussion,conclusion, and acknowledgments andreferences.  The mesoscale discussion alsoexplores the possibilities of why thesetornadoes were so severe and how the onethat went through Comfrey was able toachieve a path length of 67 miles.  Thehypothesis for this case study is that theoverall climatology of the US at the time,

strong moisture influx, a vigorous upperlevel trough, and a dynamic low pressuresystem allowed for conditions to be veryfavorable for supercell development.  Thehypothesis for the sustainability of thetornado is that the mesocyclone was able tomaintain its form probably due to strongvorticity generated by the supercell, whilethe supercell managed to recycle itself tomaintain its own strength.

II. Data

This case study uses computergenerated forecast maps based using theGEMPAK and GARP programs.  Data toproduce these forecast maps were providedby the University of Wisconsin­MadisonDepartment of Atmospheric and OceanicSciences.  These forecast maps are primarilyfrom the Eta 12 UTC model run, but mapsprovided by the National Weather Servicewill also be used.  The 12 UTC run providesa better opportunity to forecast severe

3

Table 1: The original Fujita scale for tornadointensity with descriptions of damages.

weather than the 00 UTC run since mostsevere weather had already occurred by 00UTC.  RADAR images, storm­relativevelocity images, and sounding informationthat were used in the mesoscale discussionsection of the paper were taken from theGARP program as well as from the NationalWeather Service.  Times used throughoutthis paper are on Greenwich, or UTC, time.It is important to note that in 1998 thedaylight savings date was April 3, so localtimes are 6 hours behind UTC time.  Thetornado intensity ratings for this case studyare based on the original F scale which canbe seen in Table 1.  A conceptual model anda Miller Diagram were used in this paper aswell, in which these are referencedaccordingly.

III.Climatological Overview

March is a very dynamic month forweather, especially in the upper Midwest.Strong low pressure systems in the springtime in the upper Midwest bring about largeswings in temperatures.  Statistically,Minnesota receives the second mostmonthly snowfall in March.  Also, before1998, there had only been six tornadoreports ever in the month of March in thehistory of Minnesota with the last oneoccurring March 20, 1991 (MN Climate,2003).  The last time a tornado of F2 scaleor higher occurred in Minnesota during themonth of March was March 25, 1981(National Weather Service, 2008).

The average high temperature towardthe end of March for southern Minnesota isapproximately 50 degrees Fahrenheit (MNClimate, 2003).  What is really interesting,however, is that Minnesota experienced anunusually mild winter during the 1997­1998winter season.  This was because of a strongEl Niño presence in the eastern equatorialPacific Ocean, which had an effect on the jetstream pattern as will be discussed in thesynoptic overview as well as the mesoscalediscussion.

IV.Synoptic Overview

4

Figure 2: Eta 12 UTC 300 mb Jet streaks, height,wind barbs, and ageostrophic divergence.  The thecolor fills are wind speeds at 60 knots or higher, theblack lines are heights, and the yellow dashedcontours are ageostrophic divergence.  Notice thedivergence area over South Dakota and Minnesotadue to the coupled jet streaks as well as the mergingpolar and subtropical jet streaks producing an areaof strong difluence over the upper Midwest.  Imagegenerated from GEMPAK.

The synoptic situation for March 29,1998 helped produce very favorableconditions for severe storm development.Beginning at 300 mb, a highly amplifiedupper level trough existed with a closed offlow pressure center over Nevada.  It isinteresting to note that this trough ispositively tilted, meaning that the troughtilts to the east with increasing latitude, andpositively tilted troughs normally are notassociated with strong thunderstormdevelopments.  A 140 knot jet streak formedover Arizona and New Mexico.  Looking atFigure 2, it is clear that this jet streakformed from a merging of the polar andsubtropical jet streak.  Normally in an ElNiño winter, the polar and subtropical jetstreaks stay separate from each other(Wood, 2006).  However, the flow resultingfrom the highly amplified trough caused thepolar jet to drop south and round the troughaxis, merging with the subtropical jet streakcentered over the Mexican Plateau.  Thesubtropical jet streak can then bringmoisture over the United States in an ElNiño winter.  At 30 degrees north, theaccompanying Sawyer­Eliasson circulationwith the jet streak can reach the ground dueto friction (Tripoli, 2009).  This circulationcreated a strong area of difluence in theupper Midwest, particularly around SouthDakota, Iowa, and Minnesota.  There wasalso a smaller polar jet streak positioned inManitoba and Ontario.  The ageostrophicdivergence of the left exit region of the jetstreaks from the southwest and the right

entrance region from the Canadian polar jetstreak formed a maximum of ageostrophicdivergence over central and southeasternSouth Dakota.  Coupling the jet streak witha surface front from a low pressure systemcould then create a very sufficient liftingmechanism.  The positively tilted troughcould also be seen in the mid­levels of theatmosphere at the 500 mb and 700 mblevels.  The significance of the position ofthe trough further showed that the mid andupper level flow into the Midwest camefrom the southwest, which aided in warm airadvection into the upper Midwest.  

At the surface at 18 UTC, a strong994 mb low pressure system was centeredover central Nebraska with a warm frontextending northeast into southeastern SouthDakota, then eastward across the Minnesota­

5

Figure 3: 18 UTC surface observations.  The warmfront extends from southeastern South Dakota to theMinnesota­Iowa border.  This progression of thewarm front becomes vital to the development andsustainability of the supercell as seen in theMesoscale Discussion section.  Image courtesy of theNational Weather Service.

Iowa border as seen in Figure 3.  The warmfront provided the main lifting mechanismto set off convection in South Dakota andMinnesota.  Temperatures north of the warmfront were still in the lower­mid 50s withdewpoints in the upper 40s.  South of thewarm front, however, temperatures rangedfrom the mid­60s to the mid­70s withdewpoints in the upper 50s and lower 60s.By 21 UTC, approximately 50 minutesbefore the storm system that produced theintense supercell developed the majortornado, the low pressure system waspositioned in northeastern Nebraska.  Thewarm front extended from southeastern

South Dakota through southern Minnesota.Temperatures north of the warm front stillremained in the mid­50s while temperaturessouth of the warm front increased to nearly80 degrees with dewpoints in the mid­60s.The dewpoint depression south of the warmfront was too large for possible tornadodevelopment.  Right along the warm front at21 UTC, temperatures were in the mid­60swith dewpoints reaching into the low­60s aswell, creating a much lower dewpointdepression and making the conditions muchmore conducive for major convection.  Thetime evolution of the positioning of thesurface low and the warm front became very

6

Figure 4: 18 UTC sounding from Minneapolis/St. Paul, Minnesota (MPX).  The sounding does show characteristicsof a loaded gun sounding.  The lower levels show strong moisture transport with dry mid­levels above the boundarylayer.  The LCL and LFC levels are fairly low as well.  There is no surface­based CAPE with this sounding.  TheMost Unstable CAPE (MU CAPE) approached 1400 J/kg which indicates elevated convection due the warm front.Sounding courtesy of the National Weather Service.

critical to supercell development, as will bediscussed in the mesoscale discussion.   V. Mesoscale Discussion

A. Triggering Convection

Moving down to the mesoscalefeatures for this storm, it was also clear thatthe atmosphere produced very favorableconditions for good convection throughoutthe afternoon of March 29.  One of the mostinteresting and unique aspects of

atmospheric conditions that helped developthe severe storm outbreak concerned theposition of the subtropical jet streak as aresult of the climate.  Since the winter wasunusually mild due to a strong El Niño,convection seen along the Inter­TropicalConvergence Zone (ITCZ) moved more intothe Central Pacific (NWS JetStream, 2008).Convection due to the ITCZ createsdivergence aloft, and energy from theoutflow enhances the subtropical jet streak.The subtropical jet streak then becomes adynamic flywheel and can transport energy a

7

Figure 5: Miller Diagram for severe weather potential.  The large red arrow indicates the low­level jet and thesmall red arrow shows the general 850 mb flow.  The moisture tongue is drawn in green.  The 700 mb dry tongue ishighlighted by the brown dashes, and the 700 mb general flow is shown by the small brown arrow.  The 500 mbgeneral flow is the small blue arrow and the 500 mb jet is the large blue arrow.  The large purple arrow shows the300 mb jet.  The surface low and corresponding warm front are colored in gray.  The general flow shows veeringwinds with height.  The convergence of the flow puts the highest threat in southern Minnesota as highlighted inblack.  This diagram is based on diagrams proposed by Fawbush and Miller (1972).

long distance, as seen with the subtropicaljet streak over the Mexican Plateau.          

One of the most informativesoundings of the conditions of theatmosphere can be seen in Figure 4, which isfrom Minneapolis/Saint Paul, Minnesota(MPX), at 18 UTC, approximately twohours before the thunderstorms erupted insoutheastern South Dakota.  In the lowerlevels of the atmosphere, particularly at 850mb, a low level jet can be seen bringing avery large moisture influx as well as warmertemperatures into the upper Midwest.  Themoisture transport definitely aided in thesevere weather development as it providedmore environmental instability and evenlowered the dewpoint depression.  A smallerdewpoint depression then in turn can lowerthe LCL, increasing the threat of tornadicdevelopment with supercell formation.  Thelower levels of the sounding showeddewpoints reaching into the lower 50s withtemperatures rising to the low­mid 50s.  Thewinds in the lower levels at this time wereout of the south and southeast atapproximately 20 knots, further indicatingthe presence of moisture influx from theGulf of Mexico.  

At the 700 mb level, it is clear to seefrom the sounding that the air becamesignificantly drier than in the lower levels.The wind also shifted to more of asouthwesterly flow at approximately 50knots.  This is typical with severe stormdevelopment as it increases atmosphericinstability in the mid levels of the

atmosphere by bringing dry desert air fromthe Mexican Plateau into the upper Midwest.An elevated mixed layer can also be seenaround 700 mb.  The elevated mixed layertypically comes from the desert southwestwhich allows for steeper lapse rates andultimately “loading the gun”.  Thecombination of the different levels of theatmosphere produced a bullseye region ofpotential convection and severe weatheroutbreaks in southern Minnesota andsoutheastern South Dakota as seen by theMiller Diagram in Figure 5.

The severe weather indices alsobegan to show signs of an increasingpotential for severe thunderstorms as welltornado development.  One of the mosttelling signs of potential severe weather isthe right curving hodograph seen in Figure6.  The strong right curving hodographindicates a strong veering, or clockwise,wind pattern with height profile which isindicative of possible tornado developmentespecially in right moving supercells.  Thestorm­relative helicity values at MPX werequite high, which reinforced the strongright­curving hodograph.  The lowest 1 kmstorm­relative helicity value at MPX was641 m2/s2, which is significant becausestorm­relative helicity values greater than450 m2/s2 show very high potential forsupercell formation and tornadoes(Knutsvig, 2009).  Another telling index ofpotential severe weather was the SevereWeather Threat, or SWEAT, index.  TheSWEAT index looks at low level moisture

8

as well as instability, but also takes intoaccount wind velocities at upper and lowerlevels.  According to sounding informationgathered by the University of Wyoming,The SWEAT index at 18 UTC in MPX was461.9.  Generally, tornadoes are possiblewith thunderstorms when the SWEAT indexreaches to more than 400 (Henz, 2009).  TheTotal Totals index, which looks at overallstatic stability as well as moisture content atthe 850 mb level, was 56.40 at 18 UTC.Generally with this index, values greaterthan 55 possess high potential for severethunderstorms and scattered tornadoes.  Thesurface CAPE values were still zero, anindication that the lower atmosphere was

still too capped and stable near the TwinCities for convection to occur.  However,the Most Unstable CAPE (MU CAPE)values were just over 1400 J/Kg.  The MUCAPE indicates the amount of CAPEpresent when the most moist parcel in thelowest 300 mb of the troposphere is lifted tothe Level of Free Convection (LFC).  TheMU CAPE levels are a great indication thatelevated convection is occurring, which isvery typical with lifting caused by a warmfront. 

The position of the surface warmfront became quite vital as well to where thesevere storms begin to fire as well.  Movingsouth of the warm front surprisingly createdan environment that inhibited thunderstormdevelopment.  Looking at a sounding fromOmaha, Nebraska, as seen in Figure 7, thewarm front actually provided a strongerinversion in the atmosphere.  This couldhave been due to the timing of the frontalpassage as it moved through Omaha around12 UTC.  The warming of the lower levelscreated a stronger cap, and without any othertype of synoptic forcing, there could nothave been any type of convection to formsouth of the warm front.  The best place forconvection to occur then was either along orjust north of the warm front.  This notionseemed to parallel the thinking ofmeteorologists at the National WeatherService Twin Cities office (NationalWeather Service, 2008).  

The warm front provided the mainlifting mechanism to trigger convection.  It

9

Figure 6: 18 UTC hodograph taken fromMinneapolis/St. Paul, Minnesota (MPX).  Winddirection is based on the direction the wind iscoming from.  The directions are also backwardscompared to a compass, with south at the top andwest to the right.  A strong right­curving hodographindicates a veering wind profile that increases thepotential of tornado development.  Image courtesy ofthe National Weather Service.

was possible that the ageostrophicdivergence from the coupled jet streakscould have provided some enhancement ofthe lifting to break through the cap, but it isvery unlikely that the divergence alonecould have broken the cap to causeconvection.

B. Formation of the Supercell andMesocyclone

Convection began in southeasternSouth Dakota approximately at 19 UTC.The formation of the convection into a

supercell followed very closely to the classicsupercell evolution proposed by Lemon andDoswell (1979).  The initial convectionbegan as multi­cellular thunderstorms, verytypical with the beginning stages ofsupercell development.  One cell out of thiscluster of thunderstorms more than likelyforms a stronger updraft than the other cells,typically seen on the right rear flank (Lemonand Doswell, 1979).  The reason for this wasthat there are no obstructions to inhibit thewarm moist inflow.  The storm continued tointensify with a strong inflow.  One of thecharacteristics seen through RADAR

10

Figure 7: 12 UTC sounding taken from Omaha, Nebraska (OAX).  This sounding shows the warm frontal passagethrough the area, which puts a large cap on the atmosphere.  Without any other kind of forcing after the warm frontpasses through, no convection can form.  Sounding generated through GARP.

reflectivity that indicates the presence of astrong updraft is a Bounded Weak EchoRegion (BWER), which can be seen inFigure 8.  This cell then began to steer to theright of the mean flow around 21 UTC, inwhich a supercell was then born.   

Another classic signature of asupercell is the presence of a mesocyclone.What distinguishes supercells from typicalcellular thunderstorms is the mesocyclone.As stated in the introduction section, amesocyclone typically forms from verticalwind shear.  Looking once again at theMinneapolis/St. Paul, Minnesota, soundingin Figure 4, it is very clear that the windsrotate clockwise with height, indicating aveering wind profile.  This is extremelyimportant to creating strong rotation in thissupercell.  The vertical wind shearassociated with this veering wind profileproduces a rotating tube of air.  When the airgets caught in the strong updraft of thesupercell, the rotating tube of air becomesperpendicular to the ground instead ofparallel.  The rotation then becomescyclonic, enhancing the vorticity andhelicity of right moving supercells.  Thevorticity in the mesocyclone produces wallsof inertial stability which act to fight againstdynamic entrainment.  The supercell thenonly allows for warm, moist parcels of air tolifted into the updraft from the surface.  Thisallows for supercells to last on the order ofhours instead of minutes like in regularairmass thunderstorms.

Once the mesocyclone is in place,vorticity sheets form, which is due to thetransport of momentum into the updraft.Geostrophic adjustment takes place in whichthe mass adjusts to the wind, also creating adynamic pressure gradient.  This dynamicpressure gradient forms a dynamic lowpressure in the area of the mesocyclonesince mass is being evacuated out themesocyclone.  The dynamic low pressure

11

Figure 8: Top image: RADAR showing a BoundedWeak Echo Region at 21:08 UTC.  Bottom image:storm­relative velocity taken at 20:58 UTC.  The leftcolor table shows RADAR DBZ while the right colortable shows storm­relative velocity values.  Bothimages indicate a very strong updraft as thethunderstorm rapidly intensifies into a supercell.Images taken from the National Weather Service.

helps to increase in the low­level lifting onthe downshear side and descent on theupshear side, which enhances the storminflow (Klemp, 1987).

C. Tornado Development andSustainability

The first major tornado produced bythe supercell occurred in eastern MurrayCounty of Minnesota at 21:50 UTC.  Thedynamic low pressure formed from therotating updraft causes the temperature ofthe updraft to decrease as well via the idealgas law relationship in that pressure isproportional to temperature.  With a lowertemperature in the updraft, warm, moistparcels that get caught in the strong updraftcool at a much lower height and clouds formin the updraft at a lower height than most ofthe cloud base around the updraft.  Thislowering cloud base in the updraft isconsidered to be the wall cloud.  Accordingto Professor Greg Tripoli, a mesoscalemeteorology professor at the University ofWisconsin­Madison who studies tornadoformation through computer models,tornadogenesis occurs with an interactionbetween the rotating updraft and the rear­flanking downdraft.  Vorticity forms fromair being pulled down by the rear­flankingdowndraft interacting with air being pulledup from the rotating updraft, which causes atube of rotating air.  The rear­flankingdowndraft then pulls the tube of air down tothe ground, causing air at the ground to

begin to rotate.  This rotating air at thesurface then gets pulled back into theupdraft, and the interaction of the voriticty atthe ground and a lowering rotating updraftproduce a tornado.  Professor Tripoli'snotion of tornadogenesis seems to beconfirmed in a paper done by RobertDavies­Jones of the National Severe StormsLaboratory in Norman, Oklahoma and canbe seen in Figure 9.

Figure 10 shows a four panel radartime evolution plot of the supercell after thetornado touches down.  What was extremelyinteresting about this tornado was theamount of time it stays on the ground.  The

12

Figure 9: Picture depicting tornado formation.Vorticity generated by the interaction between therotating updraft and the rear­flanking downdraftgets pulled to the surface by the rear­flankingdowndraft.  This causes air at and near the groundto begin to rotate, and once it gets caught up in theupdraft again a tornado will form.  Image takenfrom the Robert Davies­Jones paper"Tornadogenesis in Supercell Storms ­ What WeKnow and What We Don't Know"

tornado covered a total of 67 miles inapproximately 1 hour and 25 minutes.When the tornado was on the ground, theradar signatures show that the mesocyclonewas almost becoming rain wrapped.  A rainwrapped mesocyclone meant that the rearflanking gust front began to occlude.  If theocclusion of the rear flanking gust fronthappens, the downdraft would undercut theinflow.  This could ultimately lead to thedissipation or weakening of the supercell as

it would be limited or even no access to thewarm moist inflow.  The rear flanking gustfront occlusion can be thought of asanalogous to cold air cutting off the supplyof warm air to an extratropical cyclone in itsocclusion stage.  

However, instead of occluding andshrinking, the supercell went through arecycling phase in which it deviated to theright of the main flow once again.  When asupercell deviates to the right, it generates

13

Figure 10: RADAR 4­Panel plot of the tornado that goes through Comfrey, MN.  Upper left: RADAR at 21:48 UTC,two minutes before the tornado touched down.  Upper right: tornado reaches Comfrey, MN, at 22:27 UTC.  Lowerleft: tornado reaches maximum intensity (F4 strength) at 22:42 UTC.  Lower right: tornado dissipates at 23:13UTC.  The hook echo stays together through the entire time evolution, indicating a strong mesocyclone.  Images inthis 4­panel plot are taken from the National Weather Service.

its own vorticity which in turn generatesmore positive helicity to sustain itself.  Theangle in which the inflow winds shrink, andwhen looking at how the wind changes overtime with regards to the storm, the winds areactually backing with respect to time.  Thismay seem contradictory to supercelldevelopment, but it is important toremember that veering winds with heightsupport right moving supercells whilebacking winds over time also help withsupercell development.  It is also importantto remember that the track of the supercellfollowed the synoptic warm front northeastthrough southern Minnesota.  The windprofile north of the warm front had a moreeasterly direction while the wind directionsouth of the warm front was more southerly.The wind direction can be seen from thesurface observations in Figure 3.  Theorientation of the winds along the warmfront could have provided a larger thannormal backing wind profile over time in thelower levels of the atmosphere, which wouldallow the supercell to generate much higheramounts of positive vorticity and positivehelicity when it deviated to the right of themean flow.  The added amounts of positivevorticity and helicity could have kept themesocylone strong for a longer period oftime.  Also, throughout the time the tornadowas on the ground, there was nothing to thesouth of the supercell that could inhibit theinflow of warm, moist air from the Gulf ofMexico due to a lack of synoptic forcingmechanisms.  With a continuous supply of

warm moist air to the south of the supercellas well as being in the prime position alongthe warm front, it is very possible that thecombination of these features produced avery long­lived tornado.

A very interesting feature withregards to the evolution of the tornado inthis case was the strengthening of thetornado after it passes through Comfrey.Although the tornado ripped throughComfrey at an F3 scale, the tornadoincreased in intensity to an F4 scale.  Itseemed that the increase in tornado intensitycoincided with the recent recycling phase ofthe supercell.  During the recycling phase,not only does the supercell generate its ownpositive vorticity and helicity, but a newtower forms after the occlusion processbegins to occur in the older tower.  Themesocyclone evolves to move along with thenewly formed tower.  Once the supercell isdone recycling itself, the supercell is newlystrengthened and can produce a strongertornado.     

            VI.Conclusion

   A detailed synoptic and mesoscale

analysis has been given for the Comfreytornado case on March 29, 1998.  Thehypotheses in the introduction of the paperproved to be correct.  A combination of veryfavorable synoptic and mesoscale conditionsled to the formation of a violent tornado.  Astrong low pressure system with a warmfront extending from southeastern South

14

Dakota into southern Minnesota producedthe main lifting mechanism to break the capand cause deep convection.  There may havealso been some enhanced lifting from astrong difluence zone created by themerging of the polar and subtropical jetstreaks, but the lifting mechanism for thisstorm mainly was surface­based.  Theposition of the warm front turned out to bevery important for the development of thesupercell and tornado formation.  

On the mesoscale level, a low­leveljet pushed warmer temperatures andmoisture into the upper Midwest.  Asounding from Omaha revealed, however,that convection south of the warm front wasnot likely as the atmosphere was stronglycapped and there was a lack of sufficientsynoptic forcings.  The wind profile fromthe sounding in Minneapolis/Saint Paul,Minnesota, showed a strong veering windprofile which increased the potential ofsupercell and tornado development.  Adynamic low pressure from the mesocycloneallowed for a low­level wall cloud to form.The dynamics of vorticity generation fromthe interaction of the rotating updraft and therear­flanking downdraft helped createvorticity in the downdraft which causes airnear and at the surface to begin to rotate.Once the tornado touched down at 21:50UTC, the supercell began to go through arecycling phase in which it steered to theright of the main flow.  This recycling phasecreated a new tower which caused anotherstrong updraft area and allowed the supercell

to restrengthen.  The recycling phase alsocaused the supercell to generate its ownpositive vorticity and positive helicity as itproduces a backing wind over time profilerelative to the storm.  The supercell alsotraveled along the warm front which aidedin increasing the backing wind profile overtime.  Because the atmosphere was cappedsouth of the warm front, there was nothingto inhibit the supply of the incomingmoisture from the Gulf of Mexico.  Thecombination of the recycling phase and acontinuous supply of warm, moist air fromthe south caused a violent, long­livedtornado.

The tornado that ripped throughComfrey, Minnesota traveled a total of 67miles in approximately 1 hour and 25minutes, making it the fifth longest tornadotrack in Minnesota history as seen in Figure

15

Figure 11: Tornado tracks for March 29, 1998across southern Minnesota.  Image taken from theNational Weather Service.

11.  Only six tornadoes touched down in themonth of March before March 29, 1998.However, this one supercell producedthirteen tornadoes through southernMinnesota.  The tornado that went throughComfrey caused approximately $75 millionin damage, and about 75% of the buildingsin the town sustained damage from thetornado.  Another strong F3 tornado thatformed just after the dissipation of theComfrey tornado went through the town ofSt. Peter, Minnesota, causing approximately$120 million in damages, with heavydamages especially to Gustavus AdolphusCollege.  Overall, the storm damage insouthern Minnesota as surveyed by thefederal government was estimated to be$235 million (NCDC, 2009).  Unfortunately,two people lost their lives as a result of thetornadoes.  The National Weather Service inthe Twin Cities forecasted the severeweather outbreak extremely well.  Theyissued tornado warnings for the areas wherethe thirteen tornado touchdowns occurredwith approximately fifteen minutes of leadtime.  Because of their extraordinary efforts,they were awarded the presigious bronzemedal by the United States Department ofCommerce (National Weather Service,2008).

VII. Acknowledgments

First of all, the author would like tothank Professor Greg Tripoli at theUniversity of Wisconsin­Madison for

teaching the Mesoscale Meteorology courseand for allowing him to conduct personalinterviews for help with the case study.  Thiscourse has been especially important to hisunderstanding of severe weather and hewould not understand the dynamics behindtornadogenesis and supercell formation.The author would also like to thank DanielHenz for helping me with this case study aswell and for providing an excellentsupplement of information to ProfessorTripoli's teachings.  Finally, the authorwould like to thank some of my fellowcolleagues for having discussions with themthat have been very helpful with pointinghim in the right direction for writing thiscase study: Bryan Heth, ChristopherManzeck, Joseph Zagrodnik, Sarah Monette,Hunter Strauss, Melissa Peterson, MichaelBalliett, and Matt Serwe.  Without the helpof any of these people, he would not havedeveloped as good of an understanding ofsevere weather and he would not have beenable to write as strong of a case studyanalysis of the Comfrey tornado. VIII. References

Davies­Jones, Robert, (2004).  “Tornadogenesis in Supercell Storms– What We Know and What We Don't Know”.  National Severe Storms Laboratory.

16

Henz, D. (2009).  “Soundings and Adiabatic Diagrams for Severe Weather Prediction and Analysis”.  AOS 453.Accessed May 3, 2009.

JetStream. (2009).  “Inter­Tropical Convergence Zone”.  National Weather Service JetStream: An Online School for Weather.  Accessed May 3, 2009.  Website: http://www.srh.noaa.gov/jetstream//tropics/itcz.htm

Klemp, J.B. (1987).  “Dynamics of TornadicThunderstorms”.  Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 19, pp. 369­402.

Knutsvig, R. (2009).  “Severe Weather Indices”.  University of North Dakota.  Acessed May 3, 2009.  Website: http://www.geocities.com/weatherguyry/swx2.html

Lemon, L.R. and C.A. Doswell III, (1979).  “Severe Thunderstorm Evolution andMesocyclone Structure as Related to Tornadogenesis”.  Monthly Weather Review, vol. 107 (9), pp. 1184­1197.

Miller, R.C. (1972).  “Notes on Analysis andSevere­Storm Forecasting Procedures of the Air Force Global Weather Central”.  Air Weather Service, United States Air Force.  Chapter 3, pp. 1­24.

National Weather Service, (2008).  “The Southern Minnesota Tornadoes of March 29, 1998”.  The National Weather Service Weather Forecast Office, Twin Cities, MN.  Accessed May 3, 2009.  Website: http://www.crh.noaa.gov/mpx/?n=1998Mar29

NCDC. (2009).  “Event Details: Minnesota Tornado Reports March 29, 1998”.  National Climatic Data Center.  Accessed May 3, 2009.  Website: http://www4.ncdc.noaa.gov/cgiwin/wwcgi.dll?wwevent~storms

Tripoli, G. (2009).  “Lecture 13: Meso­Scale and Meso- Scale Convective

Systems”. AOS 453. Accessed May 3, 2009.

University of Wyoming, (2009). “18 UTC Sounding from MPX, March 29, 1998”. Accessed May 4, 2009. Website: http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html

    

17

Wood, A., (2006).  “Mesoscale Supercell Dynamics of the Comfrey/St. Peter Tornado Outbreak March 29, 1998”.Journal of the University of 

Wisconsin Atmospheric and OceanicSciences Department, Vol. 1 (2), pp.1­13.

18