森林是地球表面最重要的地表覆被类型之一，是全球水量平衡和水分传输过程的重要环节，关于森林的水文过程及其对流域径流的影响一直存在争议。目前该领域主要针对湿润地区的森林开展了大量研究工作，半干旱区山地由于降水量小、观测难度大且区域间差异显著，森林水文过程研究相对较少。近年来，随着全球气候变暖，极端天气事件增多，气候变化引起的流域水资源和水文过程变化已经成为当前研究热点。半干旱区水资源紧缺，任何水文过程或水资源量的变化都会引起显著的生态系统反馈，进而影响半干旱区生态系统稳定和用水安全，因此量化半干旱区山地森林水分传输过程和森林水文组分，以及阐明森林对流域水文过程的影响机制是半干旱区生态水文学关注的热点问题。　　本研究以典型半干旱区山地祁连山排露沟流域为主要研究区域，以青海云杉林作为研究对象，基于长期野外观测和样地调查数据，定量分析青海云杉林一维水分传输过程，即大气降水、林冠截留、地表覆被物吸收、地表蒸发、土壤入渗、植被蒸腾和土壤存储等七个过程，最后通过水量平衡法和生态水文模型将各过程进行整合，阐明森林水文组分及相互间反馈机制，主要结论陈述如下:　　(1)在样地尺度上，实验利用60个截留桶，开展了2个生长季青海云杉林冠截留观测，并建立了林冠截留率与降雨特征、林冠结构参数间的回归关系。结果表明，郁闭度为0.68的青海云杉林，最大冠层截留容量为1.16mm，青海云杉林冠截留率取值范围在-8.8～84.1％之间（平均值为35.1％），林冠截留率存在较大的空间异质性。结合林冠结构参数分析发现植物面积指数(PAI)是导致林冠截留率出现空间异质性的主要因素之一，而叶面积指数(LAI)与林冠截留率的相关性较差，因此，本研究认为PAI更适合应用在林冠截留模型中。同时，本研究提出了依据PAI空间格局布设林冠截留桶位置的方法，该方法不仅减少了截留桶数量，并且缩短了观测时间。　　(2)基于SFM1型号的液流仪对不同胸径青海云杉树干液流进行测定，确定了青海云杉胸径与边材面积间的函数关系，并以胸径为关键参数，构建了单株、林分到流域耗水的尺度转换模型。基于2013至2015年的观测数据，青海云杉林年均蒸腾耗水量为157 mm，占年降水量的34.2％。对比夜间蒸腾量和日蒸腾量，青海云杉夜间蒸腾量占日蒸腾量约24％。在生长季，青海云杉蒸腾量大小与树干径向变化量存在良好相关性，即蒸腾量变化是导致青海云杉径向变化的主要因素。　　(3)青海云杉地被物以苔藓为主，基于野外调查和室内对比实验，研究流域苔藓分布特征、截持能力及其对林地地表蒸发的保湿功能。研究区林地苔藓平均厚度为14.3 cm，苔藓底部有腐殖质层，其中苔藓质量占苔腐（苔藓-腐殖质）总质量约33.6％。根据室内吸水实验，林地苔藓平均单位面积最大持水量为2.29kg·m-2，单位质量持水率为20.71 kg·kg-1，苔藓是林地降水的第二截留层，截持容量较大。晴朗条件下，厚度为2.5～3 cm的苔藓层能够降低约21.9％的土壤蒸发，因此，林下苔藓层具有重要的保湿功能。林下苔藓层在降雨事件中的快速、高储水能力和非降雨时期的地表保湿功能，使其在森林拦蓄洪水、调节径流、蓄水和保持地面植被多样性等方面作用显著。　　(4)林地土壤的水文作用主要体现在透水和蓄水两个方面。本研究利用Guelph2800K1渗透仪测定林地原状土壤水分传导率，确定林地透水能力。同时，以ECH2O土壤水分监测仪基于样点测定不同海拔林地土壤水分变化过程，研究土壤水分蓄水能力及影响因素。结果表明，青海云杉林地饱和导水率在0.01～0.14cm·min-1之间，其中10 cm深度平均饱和导水率为0.09 cm·min-1，20 cm至70 cm深度平均为0.04 cm·min-1。对不同海拔样地多年土壤水分动态分析发现，生长季（6至9月）土壤含水量变化主要受降水事件影响，单次或多次降雨事件后土壤含水量迅速升高，且随无降雨时间的增加而迅速降低;非生长季土壤含水量主要受土壤冻融过程影响，冻结过程中土壤含水量迅速下降，相反消融时逐渐升高。同时，对2014和2015年深度40 cm以内土壤含水量数据统计发现，海拔3200m生长季和非生长季土壤含水量分别为26.9％和13.7％，2700m分别为17％和11.8％，生长季3200m土壤含水量显著高于2700m，不同海拔间差异显著。研究认为3200m土壤水分除受垂向更多降水补给外，3200m林分郁闭度较低穿透雨量大和冻土消融产生的壤中流也是影响因素之一。　　(5)在样地尺度上，通过水量平衡法量化林地水文组分，评价林地水分收支状况，并以CoupModel生态水文模型模拟林地一维水热传输过程。水量平衡分析结果表明，年降水量为451mm时，林冠截留量为152mm（占33.7％），蒸腾量为154 mm（占34.2％），地表蒸发量为138mm（占30.7％），林地蓄水量为9mm占降水量1.5％。在林地一维水热过程模拟中，CoupModel模型对土壤温度模拟效果较好，但土壤含水量模拟结果与观测记录差异较大，研究认为主要原因可能来自模型自身结构的不完善和林地土壤水分的高度空间异质性，因此，半干旱区林地生态水文模型的建模和应用仍然存在较大挑战。