Arktiska vinteruppvärmningshändelser - vinterdagar när temperaturerna toppar över minus 10 grader Celsius - är en normal del av det arktiska klimatet över det istäckta ishavet, men ny forskning visar att de blir vanligare och varar längre än de gjorde för tre decennier sedan.

En ny studie som analyserar vinterlufttemperaturer över Ishavet från 1893 till 2017 visar att sedan 1980, ytterligare sex händelser i arktisk vinteruppvärmning inträffar varje vinter på Nordpolen och dessa händelser varar cirka 12 timmar längre, i genomsnitt. I december 2015, forskare registrerade en temperatur på 2,2 grader Celsius (36 grader Fahrenheit) i centrala Arktis, den varmaste temperaturen som någonsin registrerats i denna region från december till mars.

Vinteruppvärmningshändelser har observerats av vetenskapliga utflykter i Arktis så tidigt som Fram-expeditionen 1896, när norska upptäcktsresande frös in sitt skepp i isen i ett försök att nå Nordpolen. Men förekomsten och längden av dessa händelser har slagit rekord under de senaste åren, enligt författarna till den nya studien i Geofysiska forskningsbrev , en tidskrift från American Geophysical Union.

De nya rönen bygger på andra bevis på arktisk uppvärmning. Den genomsnittliga ytlufttemperaturen för året som slutade september 2016 var den högsta sedan 1900, och nya månatliga rekordnivåer noterades för januari, februari, Oktober och november 2016. Minsta havsisutbredning i slutet av sommaren 2016 jämnt med 2007 för den näst lägsta i satellitrekordet, som startade 1979, enligt National Oceanic and Atmospheric Administration.

Eftersom hösten och vintern är när arktisk havsis växer och förtjockas, varmare vintertemperaturer kan ytterligare hindra istillväxt och expansion, påskynda effekterna av den globala uppvärmningen i Arktis, enligt studiens författare.

"Dessa (vinteruppvärmningen) händelser är inte ovanliga, men de händer oftare och med längre varaktighet, sa Robert Graham, en klimatforskare vid Norska Polarinstitutet i Tromsø, Norge, och huvudförfattare till den nya studien.

Studien tillskriver ökningen av uppvärmningshändelser en ökning av stora stormar i Arktis. Under de senaste åren av studien, varje uppvärmningshändelse var förknippad med en stor storm som kom in i regionen. Under dessa stormar, starka vindar från söder blåser varma, fuktig luft från Atlanten till Arktis, sa Graham.

"De uppvärmningshändelserna och stormarna är i själva verket en och samma, " sa han. "Ju fler stormar vi har, de mer värmande händelserna, ju fler dagar med temperaturer över minus 10 grader Celsius snarare än under minus 30 grader Celsius, och ju varmare den genomsnittliga vintertemperaturen är."

Den nya studien tar inte upp vad som orsakar ökningen av stora stormar i Arktis, men nyare forskning visar att minskat istäcke och skiftande vädermönster på grund av klimatförändringar kan öka stormarnas frekvens och påverkan, sa Graham.

Naturlig variation kan orsaka regionala trender i den arktiska uppvärmningen, men den nya studien tyder på att klimatförändringar orsakade av människor kan driva på ökningen av varma temperaturer, enligt Julienne Stroeve, Professor i polarobservation och modellering vid University College London, som var redaktör för den nya tidningen.

Mätning av arktiska temperaturer

Efter att Storbritanniens vinterstorm Frank fick nordpolen att nå rekordtemperaturer i slutet av december 2015 – passerade över fryspunkten i flera timmar – insåg Graham och hans kollegor att de hade observerat liknande händelser föregående vinter under fältkampanjen N-ICE2015. Under N-ICE2015, forskare ombord på ett norskt forskningsfartyg frös in sin båt i den arktiska havsisen och samlade in data från januari till juni 2015. Graham undrade hur vanligt det var att observera dessa varma temperaturer i Arktis under vintern.

"Särskilt, vi ville se så långt tillbaka i tiden som möjligt, och helst använda fältdata snarare än klimatmodeller, " sa Graham.

Graham och hans kollegor samlade in data från fältkampanjer, drivande väderstationer och bojar över Ishavet från 1893-2017 och analyserade ERA-interimsrekordet, en global atmosfärisk omanalys tillhandahållen av European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), från 1979-2016.

Forskarna fann att den arktiska vinteruppvärmningen har dokumenterats så långt tillbaka som 1896, men dessa händelser har blivit fler och nått högre topptemperaturer under de senaste decennierna. Sedan 1980, antalet vinteruppvärmningshändelser på Nordpolen varje år har mer än fördubblats, från färre än fem evenemang till fler än 10 evenemang, i genomsnitt, och den genomsnittliga längden på varje evenemang har vuxit från mindre än två dagar till nästan två och en halv dag. Den totala varaktigheten av vinteruppvärmningen har ökat från cirka 7 dagar per år till 21 dagar per år, i genomsnitt, enligt Graham.

Den atlantiska sidan av Nordpolen har nu 10 uppvärmningshändelser varje vinter, i genomsnitt, medan Pacific Central Arctic har fem sådana händelser, i genomsnitt, enligt studien. Fler stormar kommer in till Arktis från Atlanten under vintern, vilket resulterar i fler uppvärmningshändelser på den atlantiska sidan av Nordpolen.

Två av studiens författare, Alek Petty och Linette Boisvert från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, tidigare undersökt en sådan storm som ägde rum i Arktis under vintern 2015-2016.

"Den där speciella cyklonen, som varade i flera dagar och höjde temperaturen i regionen nära smältpunkten, hindrade havsisens tillväxt medan dess starka vindar tryckte tillbaka havsiskanten, vilket leder till ett rekordlågt havsispacke på våren 2016, " sa Petty och Boisvert. "Denna nya studie ger det långsiktiga sammanhanget vi saknade, med hjälp av direkta observationer från slutet av 1800-talet. Det visar att dessa varma händelser har inträffat tidigare, men de var kanske inte så långvariga eller frekventa som vi ser nu. Den där, kombinerat med det försvagade havsispacket, betyder att vinterstormar i Arktis har en större inverkan på det arktiska klimatsystemet."

Den senaste tidens ökning av frekvensen och varaktigheten av den arktiska vinteruppvärmningen kan negativt påverka havistäckningen och utvecklingen, enligt studiens författare. Stormarna som för varm luft till Arktis hindrar inte bara ny is från att bildas, men kan också bryta istäcke som redan finns, enligt Graham. Snöfall från stormarna isolerar också isen från den kalla atmosfären som återkommer efter stormarna, vilket ytterligare kan minska istillväxten, sa Graham.

Nästa steg för Graham och hans kollegor är att förstå vad som driver upp ökningen av dessa stormar och hur de kan förändras.

"Det är svårt att säga hur mycket det här mönstret kommer att förstärka i framtiden, " han sa.