土石山区林地是华北地区主要的水源涵养区,在水文气候条件、基岩土壤特性、植被覆盖等方面具有独特特征。认识其水文过程机理和规律,对丰富水文学理论、揭示华北地区水资源演变规律具有重要意义。针对水文过程中的蒸散发环节,在典型的华北土石山区林地区域建立实验流域,利用流域水量平衡方法、涡度相关方法、茎流计方法等方法对林地蒸散发及其组分进行长期综合观测。基于实验观测,首先建立林地蒸散发尺度转换方法,系统比较和评价多种蒸散发及其组分观测计算方法在华北土石山区林地的适用性,并对林地蒸散发进行组分划分;在此基础上,针对林地蒸散发中的核心组分林地蒸腾,深入探究环境因素和树木生理因素对林地蒸腾的控制机理,建立基于主要控制因素的林地蒸腾估算经验公式;最后进一步探究林地蒸腾过程的生理学机理,通过建立表征滞后效应的量化指标,定量分析茎流与林地蒸腾之间日内时间滞后效应的产生机理和控制因素。在华北土石山区林地蒸散发及其组分观测计算中,涡度相关方法的结果在不同时间尺度均具有较高的准确性;构建的高精度茎流升尺度方法对林地类型和树种的多样性与空间变异性进行了综合考虑,结果具有较高的准确性和区域尺度代表性;忽略基岩渗漏和地下径流的流域水量平衡方法的结果在年尺度显著偏大,可能由于华北土石山区基岩破碎,使得基岩渗漏和地下径流丰富;土壤水量平衡方法的结果在日尺度可以基本反映出蒸散发季节变化趋势和日间波动。华北土石山区林地蒸腾受到环境因素和树木生理因素的协同控制;叶面积指数显著控制林地蒸腾的上限,且控制模式表现出明显的阈值效应,而环境因素控制林地蒸腾在上限以下的波动;林地蒸腾的主要环境控制因素为光合有效辐射。基于林地蒸腾的主要控制因素光合有效辐射和叶面积指数,在日尺度建立了单树尺度林地蒸腾的估算经验公式,可以解释89%的林地蒸腾变化。华北土石山区林地山杨的茎流与蒸腾之间存在显著的日内时间滞后效应,树干储水量、树干导水能力和树木生理周期对日内时间滞后效应具有显著控制作用,其中树干储水量的控制作用尤为显著;树干储水量的显著差异也导致了高大乔木山杨与低矮灌木棉花的日内时间滞后效应的显著差异;环境因素对日内时间滞后效应存在一定控制作用,但可能并非直接的机理性控制。