「今年降雨量有多少？」一直是討論氣候問題時的重要議題，但或許我們忽略了另一個更值得探討的關鍵問題。如同家庭收支預算一般，全球水循環同樣存在收入與支出的概念。所謂收入，是指以降水形式進入系統中的水；而支出，則是透過各種蒸發形式離開系統的水。在陸地上，水分主要透過植被釋放回大氣，而這個過程被稱為蒸散作用（evapo-transpiration）。
以色列魏茲曼科學研究院（Weizmann Institute of Science）研究團隊近日發表於《Nature Communications》期刊的研究結果顯示，過去我們以為植物的蒸散量會隨著天氣變熱、陽光變強而無限攀升，但事實上，全球植物的支出，竟然存在一個無法打破的「鐵律上限」。研究團隊根據來自全球 185 個 FLUXNET 測站的高解析度渦度相關（eddy covariance）資料分析指出，生態系統蒸散作用存在約每年 480 ± 210 毫米的飽和上限，且幾乎不受氣候與生物群系差異影響。這項生物學上限明顯低於傳統以能量平衡為基礎的模型（例如 Budyko framework）所預測的數值，顯示植物生理機制與碳獲取之間的權衡關係，其對水分流失的嚴格調控作用，並非單純受到大氣蒸發需求驅動。研究人員指出，植物為了最佳化水分利用效率（water-use efficiency），當光合作用達到生化極限後，便會限制氣孔開口大小，而非持續透過蒸發散熱，多餘太陽能則會轉以顯熱通量（sensible heat flux）等非蒸發方式釋放。
「像以色列這類乾旱地區的生態系統，對氣候變遷的敏感度可能比過往認知的更高，也更接近生存臨界點。」
研究結果指出，蒸散作用缺乏彈性這項發現，對了解全球水循環具重大意義。由於蒸散作用達到上述閾值後，變化空間相當有限，因此即使降雨量僅出現小幅變化，例如因氣候變遷導致的改變，也可能使水資源產量（water yield）出現不成比例的大幅波動。文中所稱的水資源產量，是指進入系統中的水量扣除蒸發流失後，剩餘可供地表逕流、地下含水層補注與人類利用的水量。這種現象將大幅放大氣候敏感度。例如，當降雨量減少 40% 時，水資源產量可能下降近 100%。此外，CMIP6 氣候模型預測也顯示，在乾燥地區，若降雨量減少 21%，可能導致水資源產量暴跌 87%；相反地，在潮濕地區，若降雨量增加相同幅度，水資源產量則可能增加 44%，進一步提高洪水與暴洪風險。換句話說，乾旱地區可能更快速失去可利用水源，而較潮濕地區則可能面臨更高的洪水與暴洪風險。
這項研究主要利用氣候模型預測以及來自 FLUXNET 的長期資料進行分析。FLUXNET 是一個全球監測站網路，自 1990 年代以來，持續在全球數百個地點監測陸地生態系統與大氣之間的二氧化碳、水與能量交換。研究結果挑戰了該領域過去的主流假設，並指出在理解氣候變遷對生態系統與水資源的影響時，可利用水量變化比單純觀察降雨量更有意義。相較於降雨量僅能反映外部大氣輸入，水資源產量同時整合了大氣條件與生態系統內部的生理限制，因此更能真實反映氣候變遷對全球水資源與生態系統永續性的衝擊。地球陸地區域超過六成的降水，會透過蒸散作用返回大氣中。在乾旱地區，這個比例甚至可能接近百分之百。
研究進一步指出，全球水資源產量的永續臨界點平均約在371 ± 88 毫米的年降雨量。一旦長期低於這個數值，該地區就會陷入「零可用水」的絕境。由於淺層地下水對多數陸地生態系統僅能提供約 1 至 2 年的短期緩衝作用，因此若反覆跨越此永續臨界值，將大幅提高大規模植被死亡、沙漠化以及生物群系轉變（biome shifts）的風險。此外，研究團隊也發現不同植被類型的生態安全邊際（safety margins）存在明顯差異。例如草原可承受的降雨損失緩衝範圍遠高於森林，前者甚至可達約 470 毫米，而森林可能僅約 195 毫米。這代表森林在結構上更加脆弱，面對乾旱時可能必須減少樹冠覆蓋，甚至出現大規模枯死現象，才能維持生存。
研究人員表示：「透過這項指標，我們發現，像以色列這類乾旱地區的生態系統，對氣候變遷的敏感性可能比過去認知的更高，也更接近生存臨界點。相較之下，潮濕地區則更容易受到洪水威脅。」
資料來源：https://wis-wander.weizmann.ac.il/environment/between-flood-and-drought-metric-could-better-explain-what-happens-water-age-climate
原始論文：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66570-6
