（管理科学与工程专业论文）基于温度的天气衍生品定价及其仿真实验研究.pdf

p r i c i n ga n ds i m u l a t i o n o fw e a t h e r d e r i v a t i v e sb a s e do nt e m p e r a t u r e c 腿ns a i x i a b e ( h u n a nu n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fm a n a g e m e n t m a n a g e m e n ts c i e n c ea n de n g i n e e r i n g i n t h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rm a c h a o q u n a p r i l ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 黪霞 日期：2 - 0 1 1 年争月西日 学位论文版权使用授权书 ， 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书。 2 不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 导师签名： 甬裳霞 询 日期：如f 年孕月必日 日期：汐年垆月冶日 i 盈 基于温度的天气衍生品定价及其仿真实验研究 摘要 一般天气风险主要指由于温度、刮风、下雨、霜冻等一般性天气变化所引起 的企业收入不确定性风险，是一种数量风险。传统的风险管理工具不能很好的规 避此类风险，天气衍生品则独辟蹊径，在进行一般天气风险管理方面发挥着重要 作用。 本文首先界定了天气风险的概念和分类，介绍了天气风险管理的三种途径， 进而引出天气衍生品。接着从天气衍生品的基本种类、市场参与者、交易模式、 与传统衍生品的联系与区别等方面全面的介绍了天气衍生品。分析了基于温度的 天气衍生品定价的一般方法，并对定价方法进行了比较，认为采用蒙特卡罗方法， 通过预期收益来对天气衍生品进行定价较为合适。 天气衍生品标的物的模拟是进行天气衍生品定价的重要方面，选择正确的模型 对标的物进行模拟是进行天气衍生品定价的关键。作者通过查阅大量国内外相关 文献，选取基于温度的天气衍生品作为研究对象，应用武汉市1 9 9 0 年1 月1 日至 2 0 0 9 年1 2 月3 1 日的日平均温度历史数据，采用温度随机模型构建中最具有代表 性的两种方法时间序列方法和均值回复方法，对武汉市的日平均温度变化过程进 行建模。结果表明，基于时间序列方法的a r m a 模型和均值回复模型都能较好的 对温度变化过程进行预测，所得预测值的波动性低于实际温度值的波动。在数据 的拟合度上，时间序列模型优于均值回复模型。 随后，根据基于温度的天气衍生品的合约赔付特征，结合蒙特卡罗定价方法， 本文得出基于温度天气期货和天气期权的蒙特卡罗定价公式。并采用a r m a 模型 模拟温度变化的随机路径，通过蒙特卡罗仿真实验，对基于c d d s 天气衍生品进 行了定价，并对c d d s 天气衍生品的应用及风险进行分析。 天气衍生品在我国着存在巨大的市场需求，在我国适时推出天气衍生产品具有 现实可行性，不仅可以为企业进行天气风险管理提供有效渠道，也有利于我们金 融市场体系的丰富和完善。作为天气衍生品研究的重要方面，对天气衍生品定价 进行研究，必将为我国天气衍生品的推出提供参考和借鉴。 关键词：天气衍生品：时间序列；均值回复；蒙特卡罗仿真 硕士学位论文 a b s t r a c t g e n e r a lw e a t h e rr i s ki sa nu n c e r t a i n t yf l u c t u a t i o no nb u s i n e s si n c o m ed u et ot h e t e m p e r a t u r e ，r a i n ，f r o s ta n do t h e rc a u s e s i ti sak i n do fq u a n t i t yr i s k t r a d i t i o n a lr i s k m a n a g e m e n tt o o l sc a nn o tb eg o o dt oa v o i ds u c hr i s k ，b u tw e a t h e rd e r i v a t i v e sa r e u n i q u e ，t h e yc a np l a ya ni m p o r t a n tr o l eo nw e a t h e rr i s km a n a g e m e n t i nt h i st h e s i s ，t h ea u t h o rf i r s t l yd e f i n e st h ec o n c e p to fw e a t h e rr i s k ，a n di n t r o d u c e s t h e m a n a g e m e n ts t r a t e g i e s o nw e a t h e rr i s k m a n a g e m e n t t h e n ，t h e r e i sa c o m p r e h e n s i v ei n t r o d u c t i o no f w e a t h e rd e r i v a t i v e sf r o mt h eb a s i st y p e s ，m a r k e ta c t o r s ， t r a d i n gm o d e s ，t h er e l a t i o n sa n dd i f f e r e n c e sb e t w e e nt r a d i t i o n a ld e r i v a t i v e sa n ds oo n b ya n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gt h eg e n e r a lp r i c i n gm e t h o d so f w e a t h e rd e r i v a t i v e sb a s e d o nt e m p e r a t u r e ，i ti sc o n s i d e r e dt h a tu s i n gt h em o n t ec a r l om e t h o dt h r o u g he x p e c t e d r e t u r n st op r i c i n gw e a t h e rd e r i v a t i v e si sa p p r o p r i a t e t h es i m u l a t i o no ft h es u b je c tm a t t e ri sa ni m p o r t a n ta s p e c to np r i c i n gw e a t h e r d e r i v a t i v e s ，s oc h o o s i n gt h er i g h tm o d e li sc r u c i a l b a s e do nt h er e a d i n ga n da n a l y z i n g o fd o m e s t i ca n df o r e i g nr e l a t i v el i t e r a t u r e s ，t h ea r t i c l ec h o o s e sw e a t h e rd e r i v a t i v e s b a s e do nt e m p e r a t u r ea ss t u d yo b je c t ，a n du s e st w or e p r e s e n t a t i v em e t h o d s ：t i m es e r i e s m o t h o da n dm e a n - r e v e r s i o nm e t h o dt os i m u l a t et h es t o c h a s t i cp r o c e s so f t e m p e r a t u r e t h ea v e r a g et e m p e r a t u r ed a t ao fw u h a nc i t yf r o mt h ey e a r19 9 0t o2 0 0 9w e r eu s e dt o e s t i m a t et h em o d e lp a r a m e t e r s ，a n dd a t af r o mj a n u a r y1 ，2 010t on o v e m b e r30 ，2 010 w e r eu s e df o rac o m p a r i s o n r e s u l ts h o w st h a tt h et w om o d e l sc a nd e s c r i b et h e t e m p e r a t u r es t o c h a s t i cp r o c e s sw e l l ，a n dt h ev o l a t i l i t yo ff o r e c a s t i n gd a t ai sl o w e rt h a n t h ea c t u a lt e m p e r a t u r e m o r e o v e r ，t h et i m es e r i e sm o d e lb a s e do na r m af i t st h ea c t u a l d a t ab e t t e rt h a nt h em e a n r e v e r s i o nm o d e l t h e n ，b yc o n s i d e r i n gt h ec o n t r a c t sc o m p e n s a t ef e a t u r e so fw e a t h e rd e r i v e r t i v e s b a s e do nt e m p e r a t u r e ，a n du s i n gt h em o n t ec a r l op r i c i n gm e t h o d ，t h ea r t i c l ep r e s e n t s t h ep r i c i n gf o r m u l ao f w e a t h e rf u t u r e sa n dw e a t h e ro p t i o n sb a s e do nt e m p e r a t u r ea n d b ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n tw i t ht h ea r m am o d e l ，t h ep r i c eo f c d d sf u t u r e sa n dc d d s o p t i o n sb a s e do nt e m p e r a t u r ea r eg i v e n i nc h i n a ，t h e r ei sah u g em a r k e td e m a n do nw e a t h e rd e r i v a t i v e s ，a n dn o wm o r e a n dm o r es c h o l a r sp a ya t t e n t i o n st ot h es t u d yo fw e a t h e rd e r i v a t i v e s l a u n c h i n gt h e w e a t h e rd e r i v a t i v ep r o d u c t st i m e l yh a sap r a c t i c a lf e a s i b i l i t y , i tw i l ln o to n l yb e n e f i c i a l t ow e a t h e rr e l a t e db u s i n e s s ，b u ta l s o i m p r o v et h el e v e lo fi n v e s t m e n ti nc h i n a s n l _ 一 i v 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插图索引v i i 附表索引v i i i 第1 章绪论1 1 1 研究背景与意义1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究意义2 1 2 文献综述3 1 2 1 国外研究综述3 1 2 2 国内研究综述5 1 3 研究方法与研究思路7 1 3 1 研究方法7 1 3 2 研究思路7 第2 章天气风险管理及天气衍生品相关理论1 0 2 1 天气风险管理理论1 0 2 1 1 天气风险的定义1 0 2 1 2 天气风险管理策略1 l 2 2 天气衍生品概述13 2 2 1 交易品种1 3 2 2 2 市场参与者2 0 2 2 3 交易模式2 0 2 2 4 天气衍生品与传统衍生品的联系与区别2 1 2 3 基于温度的天气衍生品定价理论2 3 2 3 1 燃烧分析法2 4 2 3 2 蒙特卡罗分析法2 4 2 3 3 其他定价方法2 4 2 3 4 各类定价方法的比较2 5 第3 章基于温度的天气衍生品的标的物的模拟2 6 3 1 数据的来源与模型选取2 6 v 基于温度的天气衍生品定价及其仿真实验研究 3 1 1 数据来源2 6 3 1 2 模型选取2 6 3 2 时间序列模型拟合温度随机变量2 7 3 2 1 时间序列模型的构建2 7 3 2 2 时间序列模型参数的估计2 9 3 3 均值回复模型模拟温度随机变量3 0 3 3 1 均值回复模型的构建3 0 3 3 2 均值回复模型参数的估计3 2 3 4 模型估计结果对比分析- 3 5 第4 章基于温度的天气衍生品定价的蒙特卡罗仿真3 6 4 1 模型假设及指数的选取3 6 4 1 1 基本假设3 6 4 1 2 温度指数的选取3 7 4 2 基于温度的天气衍生品蒙特卡罗定价模型3 7 4 2 1 基于温度的天气期货的蒙特卡罗定价3 7 4 2 2 基于温度的天气期权的蒙特卡罗定价。3 8 4 3 基于温度的天气衍生品定价的蒙特卡罗仿真3 9 4 3 1c d d s 温度指数衍生品的蒙特卡罗定价3 9 4 3 2c d d s 温度指数衍生品的应用及风险分析4 0 结论4 4 参考文献4 6 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录4 9 附录b 部分源程序及数据清单5 0 致 射5 4 硕士学位论文 插图索引 图1 1 技术路线图9 图2 12 0 0 6 - - 2 0 0 7 年天气衍生品市场交易主体分布情况2 0 图2 2 天气衍生品市场的总名义价值( 单位：百万美元) 2 1 图3 1 武汉市日平均温度变化图( 1 9 9 0 0 i 0 1 2 0 0 9 1 2 31 ) 2 7 图3 2 残差序列图2 8 图3 3a r m a ( 1 ，1 ) 残差序列自相关分析图一3 0 图3 4 武汉市2 0 0 9 年实际温度值与拟合值的对比3 0 图3 5 武汉( 1 9 9 0 2 0 0 9 ) 日气温差分正态分布概率图31 图3 62 0 0 9 0 i 0 1 2 0 0 9 1 2 31 的日均温度模拟值与实际值的比较3 2 图3 7 武汉市2 0 1 0 年温度数据的仿真验证3 4 v i i 基于温度的天气衍生品定价及其仿真实验研究 附表索引 表2 1 各行业常见的一般天气风险1 l 表2 2 美国月度c d d s 指数期货合约：1 4 表2 3 农作物生长所需的g d d 基线气温1 7 表2 4 常见的天气指数一览表1 9 表3 1 模型回归结果2 8 表3 2 残差引入a r m a 模型后的回归结果2 9 表3 3 由移动平均和回归分析所得仃2 估计值及两种方法的平均值3 4 表3 4 两种模型预测评价指标对比3 5 表4 1 蒙特卡罗模拟仿真实验分析3 9 v m 硕士学位论文 1 1 研究背景与意义 第1 章绪论 1 1 1 研究背景 天气因素是人类有史以来最难控制和预测的不确定性因素之一。天气的变化， 对很多产业及经济活动有着明显的影响。据美国商务部统计，天气因素制约着美 国约1 3 的经济活动。而从全球范围来看，天气因素以各种形式直接或间接的影响 着全球经济生产总值的8 0 。 对于天气风险事件的关注，人们最先的着眼点是灾难性天气，即那些发生概 率低，但潜在损失巨大的天气风险，诸如地震、飓风、洪灾等。到2 0 世纪9 0 年 代，人们逐渐发现除巨灾事件对生产生活造成巨大损失的天气风险事件值得关注 外，由于温度、湿度、雨、雪、风、雾等一般天气事件变化对企业生产经营活动 所造成的影响同样值得关注。如日照过少或降雨过多会直接影响农作物的收成， 凉爽的夏天会导致冷饮业销售额减少等。天气风险管理组织( w r m a ) 的一份研究 报告指出，啤酒销量的变化有8 0 是由温度变化引起的，当气温由3 0 下降到2 0 时，啤酒的销量就会下滑5 成。在华尔街，许多上市公司以天气因素来解释其欠 佳的财务表现，“天气借口”这一专有名词也由此诞生。可以说，上至国计民生， 下及娱乐休闲、农业、旅游、零售业等的财务报表都与天气有着千丝万缕的联系。 这类天气风险事件发生概率大、影响范围广，虽造成的损失相对较小，但往往引 起商品供需的巨大波动，有时甚至会引发企业市场风险、财务风险等，天气衍生 品也因此应运而生。 从1 9 9 6 年开始，以一定区域内的天气指数作为标的物的天气衍生品交易逐渐 浮出水面，以规避因天气指标偏离正常状况时所引发的数量风险。1 9 9 7 年至1 9 9 8 年间的“厄尔尼诺”现象带来的暖冬，使放宽管制后的美国能源市场真正的成为天 气衍生品起步的温床。1 9 9 7 年，昔日的能源巨头安然公司( e n r o n ) 与科赫能源( k o c h e n e r g y ) 签订天气衍生品互换合约，标志着天气衍生品市场正式启动。1 9 9 9 年9 月， 美国芝加哥商业交易所( c m e ) 引入天气衍生品交易，天气衍生品市场进入崭新里 程。能源等天气相关企业纷纷加入到天气衍生品市场中来，通过天气衍生品来转 移风险。 我国幅员辽阔，天气变化呈现出区域性，不同地区间的天气情况差异较大， 主要天气指标如温度、降雨量等的年变化幅度大，不确定性高。根据美国w e a t h e r b i l l 公司2 0 0 8 年的研究报告，在2 0 0 2 年到2 0 0 7 年这六年时间里的我国平均g d p 中 基于温度的天气衍生品定价及其仿真实验研究 约有4 5 暴露于天气风险之中，受天气风险影响的经济规模仅次于美国和日本， 位列第三位。由此可见，我国是一个天气敏感性极高的国家，农业、交通运输业、 能源业等对天气依赖性较强的产业的经济规模面临着较大的天气风险，严重影响 了我国宏观经济的平稳运行。与此同时，一般性天气灾害大多被排除在保险范畴 之外。这类灾害发生的高概率导致了保险赔付率过高与保费收入偏低的矛盾。我 国农业灾害保险就呈现出“保险公司赔不起，农民买不起”的双冷局面。企业和个 人缺乏进行天气风险管理的有效途径，众多企业所面临的这类天气风险大部分都 被自留或忽视，因此在我国发展天气衍生品具有必要性。并且，我国金融衍生品 市场初具规模并日渐完善，可为天气衍生品交易提供所需的硬件设施和管理系统， 天气风险管理潜在需求巨大，气象技术水平已达到国际先进水平，具备提供天气 衍生品所需气象数据的技术保障，金融市场的法律监管也逐步规范化，在我国开 发天气衍生品具备可行性。 大连商品交易所( d e c ) 于2 0 0 2 年开始与中国气象服务中心合作，着手对我国 天气衍生品进行了系统性研究，并于2 0 0 6 年6 月9 日，同日本东京金融期货( t f x ) 交易所在东京签署合作谅解备忘录，将天气衍生产品的研发与推广作为双方合作 的重点。可以说，天气衍生品在我国的发展正面临着新的机遇。在此背景下，研 究我国的天气指数产品，对共同培育和发展我国的天气风险管理市场，完善我国 金融市场体系，具有重要意义。 1 1 2 研究意义 近年来我国异常天气事件频发，2 0 1 0 年初，西南五省大旱。2 0 1 1 年以来，湖 北地区遭遇到严重的旱情，降水量不及往年同期的5 成，截止2 0 1 1 年5 月，已造 成1 8 0 0 多万亩农田受灾，3 9 万亩绝收，天气风险及其造成的惨重损失，引起了人 们的高度重视，我国社会各界对推出天气衍生品的呼声也日益高涨。与此同时， 伴随着我国市场经济的进一步发展和国际金融一体化进展，我国的金融衍生品市 场得到了快速发展，各种金融衍生品创新不断涌现。在我国适时的推出天气衍生 产品，不仅可以提供又一有效的风险管理工具，丰富资本市场品种，增加投资渠 道，而且有利于我国金融业参与国际金融市场竞争。本文选取天气衍生品作为研 究对象，具有重要意义： ( 1 ) 进行天气衍生品的研究可以为我国企业进行天气风险管理提供新的途径。 受全球气候变暖的影响，近年来，我国遭遇的气候异常现象越来越多。农业、交 通运输业、建筑行业、零售业等受天气变化影响严重，然而目前对一般性天气风 险，我国尚缺乏有效的管理手段，企业所遭受的大部分天气风险都被忽视或自留。 在我国推出天气衍生品，将为我国企业进行天气风险管理提供新的风险分散渠道。 ( 2 ) 对天气衍生品进行研究和开发，能够丰富金融市场的投资品种。我国目前 2 硕士学位论文 金融衍生品市场上缺乏相应的天气风险管理产品。天气衍生品的推出，可以丰富 我国金融衍生品市场的产品种类，增加投资渠道，使交易多元化，提高我国金融 市场竞争力，推动我国金融市场的更好更快发展。 一 ( 3 ) 本文选取基于温度的天气衍生品为研究对象，采用时间序列模型和均值回 复模型对武汉市日平均温度变化的随机过程进行了模型构建，并采用m o n t ec a r l o 方法进行模拟，通过仿真实验，得出了基于温度的天气期货和天气期权的价格， 希望可以为日后我国天气衍生品的发行起到一定的参考和借鉴作用。 1 2 文献综述 天气衍生品是以天气因子作为标的物的新型金融衍生产品，与传统金融衍生 品不同，天气衍生品规避的是因天气变化导致商品需求量变动而产生的数量风险。 天气衍生品的出现，引起了国内外学者的广泛关注。a n d r e a s 和m a r c e l ( 2 0 0 0 ) 指出， 全球约有8 0 的企业的生产经营活动受到天气变化的影响，通过对美国的天气衍 生品市场进行分析，a n d r e a s 等认为天气衍生品是天气敏感企业进行天气风险管理 的最有效工具【l j 。美国学者e r i kb a n k s ( 2 0 0 2 ) 出版了天气风险管理：市场、产品 和应用一书，从天气风险管理市场现状、市场需求者与供给者、产品及应用技 术、法律、财务事项等方面对天气衍生品进行了全面具体的介绍，是天气风险管 理领域的第一本综合性读物，被视为进行天气风险管理的权威性指南【2 】。 目前，对天气衍生品研究，国外学者研究的焦点主要集中在天气衍生品的定 价研究与天气衍生品风险对冲效果研究两方面，我国在天气衍生品的研究方面还 刚刚起步，既有的研究多以定性介绍为主，进行定量研究的较少。 1 2 1 国外研究综述 1 2 1 1 天气衍生品定价的研究综述 天气衍生品市场中，存在颇多争议的是天气衍生品的定价问题，由于缺乏被 广泛接受的天气衍生品定价方法，交易双方并不总是能够找到一个被双方均认可 的合约价格。 目前，学者们普遍认为，由于天气衍生品标的特殊性，使用传统的精算定价 方法和无套利定价方法对天气衍生品进行定价并不适用。s l o a n ，p a l m e r 和 b u r r o w ( 2 0 0 2 ) 指出，由于天气事件的变化会对金融市场上的流动资产价格产生影 响，而精算定价原理是基于资产的精算价值处于金融市场的体系不存在下得出， 故传统的精算定价方法并不适用于天气衍生品 3 1 。d a v i s ( 2 0 0 1 ) 指出，天气衍生品 市场是一个非完全市场，天气衍生品的价格变化与对应的天气事件相联系，并且 天气指数不可以在市场上直接进行交易，因此，基于无套利定价理论的b s 定价 模型( t h eb l a c k s c h o l e sm o d e l ) 对天气衍生品并不适合【4 1 。一 基于温度的天气衍生品定价及其仿真实验研究 在天气衍生品定价的研究中，大部分研究集中在对基于温度的天气衍生品的 定价研究上。国外众多学者以温度作为基础天气因子，对基于温度的天气衍生品 的定价进行了研究。f r e d ，l a n ，m e l a n i e 等( 1 9 9 9 ) 在介绍c m e 天气期货的交易模式 基础上，提出以某一行业和气温变化之间的相关系数来对基于温度的天气期货进 行定价，这也就是最初的补偿因子的雏形【5 1 。z e n g ( 2 0 0 0 ) 提出了一套基于预测的天 气衍生品定价方法( ap r e d i c t i o n b a s e dp r i c i n ga p p r o a c h ) ，通过将气温预测的统计资 料和温度历史数据进行机率分配，来对基于温度的天气衍生品进行定价【6 】。c a o & w e i ( 2 0 0 0 ) 采用均值回复模型来模拟天气指标，建立了基于温度的天气衍生品定价 的动态评估模型【_ 7 1 。d a v i s ( 2 0 0 1 ) 在研究中采用边际效用法来分析基于温度的天气 衍生品的定价问题，通过假设取暖温度指数( h d d ) 和商品价格均服从几何布朗运 动，得出了取暖温度指数天气期权与天气互换的价格的具体表达式【4 1 。 b r o c k e r ，w a n g 和y a n g ( 2 0 0 3 ) 将非完全市场的无差异定价方法( t h ei n d i f f e r e n c e v a l u a t i o na p p r o a c h ) 应用到基于温度的天气衍生品定价中来【8 】。作者通过对无差异 定价模型进行改进和扩展，得出天气衍生品市场中买卖双方对某一产品的意愿价 格，即交易双方的无差异价格。w e i ，m a r t i n 及o l i v e r ( 2 0 0 8 ) 应用无差异定价方法 对天气类保险衍生品进行了定价。并以德国粮食生产企业为例，进行了实证研究， 认为交易双方的无差异价格与交易者所处区域以及交易者的生产经营的种类有很+ 一 大联系【9 1 。 r i c h a r d s ，m a n f r e d o 和s a n d e r s ( 2 0 0 4 ) 对美国1 9 7 0 2 0 0 0 年的温度数据进行研究， 发现气温变化序列符合均值回复的布朗运动过程，并根据气温变化过程，建立了 均衡定价模型( e q u i l i b r i u mp r i c i n gm o d e l ) 来对基于累积制冷温度指数( c d d s ) 的天 气期权进行定价，并运用燃烧分析法、b l a c k s c h o l e s 模型和均衡的蒙特卡罗模拟一 三种方法对基于温度的天气期权价格进行估计，发现不同定价方法所得出来的期 权价格存在较大差异【1 0 】。 j a m e s 和r o b e r t o ( 2 0 0 6 ) 将整体预测方法应用于天气衍生品定价中。整体预测 模型是一种气象模型，其中的一个天气变量由多种未来状况组成，可用于对天气 衍生品支付密度进行预测【】。作者采用整体预测的方法对取暖温度指数看跌期权 ( h d d s ) 进行了研究，通过研究认为，整体预测方法在预测支付密度时具有较大潜 力。 s v e c a 和s t e v e n s ( 2 0 0 7 ) 采用了时间序列模型的定价方法对基于温度的天气衍 生品进行定价研究，利用时间序列模型进行对悉尼的温度变化进行预测，得出了 累积取暖温度指数( h d d s ) 和累积制冷温度指数( c d d s ) 的预测值，结果表明，累积 取暖温度指数( h d d s ) 的预测的效果相对于累积制冷温度指数( c d d s ) 的预测效果 更好【12 1 。 虽然目前对天气衍生品的定价研究还没有形成一个统一公认的定价方法，但 4 硕士学位论文 是从天气衍生品定价研究的进展来看，预测模型、动态定价模型等定价模型相继 被提出，对天气衍生品定价的研究尤其是对基于温度的天气衍生品的定价研究已 取得了很大的进展，必将进一步推动天气衍生品市场的发展。 1 2 1 2 天气衍生品风险对冲效果的研究综述 - 天气衍生品风险对冲效果问题是天气衍生品研究的另一焦点。由于天气衍生 品市场存在场外交易和交易所交易两种模式，在采取不同的交易模式时，交易者 所面临的风险类型也不一样。利用天气衍生品进行场内交易时，交易者会不可避 免的会遇到基差风险( b a s i cr i s k ) ，即利用天气衍生吕所实现的经济利益同标的实 际损失存在差异的风险【2 】。由于不同地域的天气存在差异，基础指数所包含的地域 与交易者经营所在地的天气可能不完全一致，从而使天气风险对冲效果的有效性 受到影响。而在天气衍生品市场场外交易中，基差风险较小，但存在较大的道德 风险。尤其是在能源巨头安然公司破产后，天气衍生品场外交易市场中的信用风 险越发引起社会各界的关注。 e d e r i n g t o n ( 1 9 9 7 ) 通过研究认为，企业通过套期保值工具进行风险规避时，套 期保值工具风险对冲效果的有效性受到交易过程中面临的基差风险的大小的实质 性影响【l 引。h a u s h a l t e r ( 2 0 0 0 ) 通过迸一步的研究分析发现，石油、天然气等能源企 业使用套期保值工具应对天气风险时，其所面临的基差风险大小程度对对冲天气 风险的有效性产生较大影响【1 4 】。 b r o c k e t t ，w a n ga n dy a n g ( 2 0 0 3 ) 在同时考虑通过套期保值操作可以规避的基差 风险和无法通过该操作来规避的信用风险两种情形，综合运用一般天气衍生品工 具和基础天气衍生品工具，寻求运用天气衍生品进行套期保值时道德风险与基差 风险的最佳平衡。通过研究发现，当套期保值者的需求数量与标准化天气指数两 者间的相关系数低于1 时，就存在基差风险【1 5 】。 l i n d a ，w a n ga n dy a n g ( 2 0 0 7 ) 对使用天气衍生品进行风险对冲的效果进行了分 析。认为利用标准天气衍生品合约进行交易，会降低信用风险但又会增加基差风 险，而通过场外交易对冲风险时，交易者面临基差风险相对减小，但信用风险又 会增加。作者提出在不考虑信用风险的情况下，通过联合使用标准化合约和场外 交易的天气衍生品合约来进行套期保值，来减小基差风险【1 6 】。 y a n g ，b r o c k e t t 和m i n - m i n g ( 2 0 0 9 ) 使用了电力负荷数据和温度历史数据，对 美国能源企业利于基于温度的天气指数衍生品进行风险对冲时所面临的基差风 险，通过引入城市指数和区域指数，说明了动态和非动态的套期保值策略在规避 基差风险时的应用【1 7 l 。 1 2 2 国内研究综述 国内对天气衍生品的研究多集中于定性研究阶段，主要是对国外天气衍生品 5 基于温度的天气衍生品定价及其仿真实验研究 市场发展情况的介绍以及对天气衍生品在我国的发展前景的展望，进行定量研究 的较少。 一 齐绍洲、凌棱( 2 0 0 3 ) 介绍了美国天气衍生金融工具模型及其应用，并对天气衍， 生工具在我国的应用前景进行了展望，这是我国最早介绍天气衍生品的研究之一 【l 引。陈靖( 2 0 0 4 ) 在借鉴国际通行的天气衍生品开发理念、规范和原则的基础上， 尝试对我国基于温度的天气指数期货合约的进行初步设计，并分析了对基于温度 的天气指数期货的价格发现功能、套期保值功能及其在企业天气风险管理中的运 用【1 9 】。 韩金山、谭忠富、刘严( 2 0 0 4 ) 和李乐( 2 0 0 7 ) 对天气衍生品在我国电力行业的应 用进行了研究。韩金山等认为，发展天气衍生品有利于我国电力市场的建立与稳 定【2 们。李乐分析了北京市月平均气温变化对电力消耗量的影响，得出了月平均气 温与月电力消耗量之间的相关函数，认为电力企业可以通过基于温度的天气期货 来估算预期、转移风险、锁定损益【2 1 1 。 众多学者对天气衍生品在我国农业领域的应用进行了研究。余沪荣、姚从容 。 ( 2 0 0 5 ) 介绍了几种主要的天气衍生产品的作用机理和特点，提出我国应通过开发天 气衍生品来管理农业天气风险，对天气衍生品在我国农业领域的应用前景进行了 展望，并对我国生长温值指数( g d d s ) 合约进行了设计【2 2 1 。李黎和张羽( 2 0 0 6 ) 、肖 宏( 2 0 0 8 ) 分析了国外天气衍生品市场发展状况，并结合我国农业天气风险管理现 状，认为可以通过天气衍生品进行农业自然灾害的风险管理，为农业生产者的风 险转移提供新的途径【2 孓2 4 1 。徐怀礼( 2 0 0 7 ) 通过对我国面临的农业天气风险现状进行 分析，认为在我国应建立起以基于温度的天气衍生品为主的天气风险管理体系来 有效化解我国农业企业在生产经营中所面临的自然灾害风险【2 5 1 。尹晨、许晓茵 ( 2 0 0 7 ) 以及梁红：e ( 2 0 0 9 ) 等探索天气衍生品在农业风险管理领域的应用价值，一致 认为在我国通过发展天气衍生品来管理和转移农业天气风险，有利于提高我国农 业的抗风险能力，使农业增收【2 6 棚】。 我国学者在天气衍生品定价方面的研究还不多。刘国光( 2 0 0 6 ) 以气温期权作为 研究对象，利用均值回复模型，应用北京市1 9 8 0 1 9 9 9 年的日平均温度数据，对 北京市气温变化模式进行了研究，认为所建立的均值回复模型能较好的对北京市 未来气温变化进行较好的预测【2 引。这是我国学者在天气衍生品定价方面的最早期 研究。马圆圆( 2 0 0 8 ) 在对上海市的气温变化过程进行随机模型构建的基础上，通过 实验设计了基于温度的互换天气指数衍生产品，并尝试对其进行定价研究，为我 国开展天气衍生品交易进行了理论和技术上的铺垫工作【2 9 1 。蔡丽平( 2 0 0 8 ) 以成都 市为例，对我国降雨指数期权合约进行了设计，并对降雨量变化的随机过程进行 了模拟【3 0 1 。 综上所述，天气衍生品的研究目前仍处于初步发展阶段，在国内外都属于前 6 硕士学位论文 沿课题，备受学术界的广泛关注，对其进行研究具有重大的理论价值和广阔的应 用前景。鉴于国内的对天气衍生品的研究多以介绍性为主，进行定价研究的较少。 本文以基于温度的天气衍生品作为研究对象，通过构建a r m a 时间序列模型和均 一 值回复模型，对温度变化过程进行建模，并采用蒙特卡罗仿真的方法，对天气衍 生品进行定价，以便为我国天气衍生品的研究奠定基础。一 1 3 研究方法与研究思路 1 3 1 研究方法 一 在本文的研究过程中，主要采用以下方法： ( 1 ) 分类研究法。在本文的第二章对天气衍生产品的介绍中，由于天气衍生品 种类繁多且形态各异，为了深入具体的了解天气衍生产品，作者采用了一定的分 类方法进行介绍。如将天气衍生品按照交易类型又将其划分天气期货、天气期权、 天气互换三种类型；按照基础指数划分为温度指数、降水指数、风力指数、以及 其他的指数如联合化指数以及个性化指数等。 ( 2 ) 比较分析法。在本文的研究中，较多的运用了比较分析的方法。如在第二 ” 章中对天气衍生品与传统衍生品进行了对比，分析了天气衍生品与传统金融衍生 品、天气衍生品与保险的联系与区别。在对温度随机过程进行建模时，作者采用 了时间序列模型和均值回复模型来对温度变化随机过程进行模拟，并对两个模型 的拟合结果进行了对比分析。 ( 3 ) 实证研究法。实证研究是描述经济中的事实和行为，客观的说明现实中的 经济关系如何，本身不代表价值判断。本文较多的用到实证的分析方法。如对天 气衍生品温度随机模型的构建等。在本文的整个研究过程中，采用定性分析与定 量分析相结合的方式，以定量分析为主。 1 3 2 研究思路 本文从现实问题出发，针对社会关注的热点，以天气衍生品作为研究对象， 研究基于温度的天气衍生品的定价问题。本文将研究的重点放在基于温度的天气 衍生品标的物的模拟和基于温度的天气衍生品的定价上。本文以湖北武汉市1 9 9 0 年2 0 1 0 年的日平均气温的历史数据作为样本，采用温度预测模型中两个最常用的 方法一时间序列方法和均值回复法，构建了温度变化的随机模型。并采用蒙特卡 罗定价方法，通过仿真实验，对基于温度的天气衍生品进行了定价。依照此思路， 本文的章节安排如下： 一 第一章为本文的绪论部分，阐述了本文的研究背景与意义，并从整体上介绍 了天气衍生品的国内外研究现状、研究对象及主体框架，是整个论文分析的铺垫 和前提。 7 一 基于温度的天气衍生品定价及其仿