【毕业学位论文】（Word原稿）基于GARCH模型的我国原油价格波动性分析-统计教育学

基于 东北财经大学 摘 要 本文利用 1999 年 1 月至 2011 年 4 月中国国内原油（大庆）月度价格数据，基于 ,6),1)模型、 型、 型对我国原油价格波动性进行了实证分析，通过在均值方程中引入国际油价，在方差方程中引入通货膨胀率，来探讨影响原油价格波动性的因素。研究结果表明我国原油价格对国际油价依赖程度较高，通货膨胀率的变化对原油价格有影响，但比较微弱。最后给出了相关政策性建议。 关键词： 国内 原油价格 型 通货膨胀率 国际原油价格 目 录 一、 引言 . 1 二、 油价波动性研究文献述评 . 2 （一）经济学理论背景下油价波动的定性分析 . 2 （二）以时间序列 为工具的油价波动研究 . 2 （三）其它研究方法述评 . 2 三 、 数据选取、来源和处理 . 3 （一）数据选取 . 3 （二）数据来源 . 3 （三）数据处理 . 3 四 、 模型选择与设定 . 4 （一） 模型理论说明 . 4 （二） 模型的检验 . 6 （三）大庆原油价格收益率的 型 . 6 五、 模型实证前的数据检验 . 8 （一）数据的波动特征 . 8 （二）数据的尖峰厚尾特征 . 9 （三） 验 . 9 （四）序列自相关性检验 . 9 （五） 应检验 . 10 六 、 模型结果与分析 . 10 （一） ,1)模型结果分析 . 10 （二）基于国际油价和通货膨胀率的分析 . 11 （三） M 模型结果分析 . 12 （四） 型结果分析 . 13 七 、 结论及政策建议 . 13 （一）结论 . 13 （二）政策建议 . 14 参考文献 . 15 1 一、引言 自石油价格与国际正式接轨 以来 ，我国采取 了 “与国际油价变化相适应 ， 在政府调控下以市场形成价格为主”的石油价格形成机制， 这 使得国内的原油价格在很大程度上依赖于国际原油的价格，因而国际油价的波动也会 带动国内油价的波动。 近几年，国际原油价格的频繁波动对中国的石油市场造成较大冲击， 原油价格的波动性研究也日趋成为国内理论界关注的焦点。 我国大庆原油价格从 1998 年 6 月到 2003 年底，基本处于平稳的状态，原油价格起伏不大；由于伊拉克战争的影响，从 2004 年年初到 2006 年年底，原油价格处于稳速上升阶段，波动也开始加剧。 油价 从 2004 年初开始上涨到 2004 年10 月 的 元 /桶。之后 2004 年 12 月下跌到 元 /每桶，随后经过几个小的波动上升到 2006 年 8 月 的 每桶 元之后又迅速跌落，年末 跌到 50美元左右；从 2007 年初开始，油价在每桶 50 美元左右盘整一段时间之后，陡然上升，短短的一年半时间便 涨到 每桶 140 多美元，在 2008 年 7 月达到其顶峰每桶 元；之后受美国金融危机的影响 仅仅 半年的时间原油价格 竟 跌到每桶 元，这一段时期 国内 原油价格可谓“大起大落”；自 2009 年初，随着世界经济的复苏，原油价格开始快速回升到 80 美元左右，在 2010 年年初的几个月内，油价基本在每桶 70元附近徘徊；但是好景不长，由于非洲战事纷起 ，国际油价飞涨，我国的原油价格再次开始高速上涨，在 2011 年 4 月份再次 达 到每桶 124 美元的高价。目前由于各国政府的调控 ， 国际油价下滑 ， 我国的油价也开始回落。 由于我国现在正处于工业化快速发展的关键时期，石油作为一种必不可少的战略 性 商品和化工原料，在整个国民经济中扮演着十分重要 的 角色。尤其随着人民生活水平的日益提高， 我国 对能源和石油产品的需求越来越大。原油价格的上升对国民经济的稳定运行和国家的经济安全构成潜在威胁。原油价格的上升，会导致成品油价格的上升和下游工业制品的成本增加， 继而带动 工业制品的价格上升，从而使其他商品价格的上升，增加居民消费成本，并可能最终引发通 货膨胀。因此研究我国原油价格的波动情况掌握其规律并预测未来发展情况对国民经济的稳定运行和发展具有十分重要的意义。 2 二、油价波动性研究文献述评 原 油价格的波动一直以来都是各国关注的焦点问题， 国内外学者对其进行了大量研究，并取得了丰硕的研究成果。目前学术界的研究主要集中在以下三个层面。 （一）经济学理论背景下油价波动的定性分析 部分学者从经济学理论 的背景出发， 单纯 的对石油价格的波动性进行 定性分析 。例如， 胡蓉 (2002)从期货市场、石油库存、气候等几方面 分析了影响油价的非供求因素 ， 为预测国际油价的走势提供了基本 的研究框架； 史丹 (2003)分析了我国当前油价机制的效果、缺陷及完善措施。 （二）以时间序列为工具的油价波动研究 部分学者主要应用时间序列分析的工具来 研究 油价的波动。由于原油价格的波动很好的满足 型的“尖峰厚尾 ”和集聚性特征，因此大多数对原油价格的波动性进行定量分析的学者均 采用 了 模型 ： 如 003)建立了石油期货价格的随机模型 ； 冯春山 (2003)等利用 型研究了国际原油价格的波动性；潘慧峰（ 2005）等通过建立 明 国内原油价 格收益率波动存在“尖峰厚尾”现象 ， 且不服从正态分布，而且具有杠杆效应；张跃军（ 2007）等建立 型，分析表明基于布的 型比基于正态分布的 型能更好地描述中国原油价格的波动性 且 具有较好的预测能力；魏巍贤（ 2007）等利用 型和果关系检验表明国内外原油价格波动性存在集聚性 、 持续性和风险“溢出效应”等特征，国际油价的波动对国内油价具有导向作用 ， 两市场油价存在长期协整关系 ， 但短期波动过程相异；王明（ 2009）通过建立 型对 分析得到当今国际原油价格波动受期货影响较大且呈现较长的持续性；杨晓华（ 2010）通过一系列 型表明中国原油价格的波动性存在应，受到预期的显著影响和信息冲击的杠杆效应。 （三）其 它 研究方法述评 此 外，国内还有一些 学者使用 其他的理论和方法来研究石油价格 ： 比如王健构建的用混沌理论结合时间序列来预测油价，李红军建立的石油价格系统的系统 3 动力学模型，以及梁强（ 2005）提出的用小波分析来预测油价的方法，赵晓燕（ 2006）年提出的用神经网络和时间序列进行变权重组合预测石油价格的方法。 三、数据选取 、来源和处理 （一）数据选取 在 1998 年之前，我国原油价格实行的是政府控制或以政府控制为主 、 市场为辅的定价机制， 所以 我国国内原油价格 一直 是很平稳的。从 1998 年 6 月实行国际接轨的定价机制之后尤其是进入 21 世纪以来，由于受国际原油价格的影响，我国国内原油价格的波动开始变得非常剧烈，所以为了更好的研究我国原油价格波动性的特征，我们选取 1999 年以后的月度数据进行研究、分析以及预测。 本文选用大庆原油价格作为国内原油价格的代表，布伦特原油价格作为国际原油价格的代表。布伦特原油现货交易从 20 世纪 70 年就开始了，全 球原油贸易的 50%左右都参照 布伦特 原油定价，所以说布伦特原油在 国际 原油市场上具有着重要的地位，其原油价格在很大程度上充当着国际原油价格的指示器的作用。而在我国大庆油田是目前我国最大的油区，也是世界最高产的原油产地之一，大庆原油产量约占中国原油产量的 40%多，而且大庆原油期货交易也是我国最早开始的原油期货交易，所以大庆原油价格基本上代表了我国整体原油价格水平，也是国际上采用的 我国 原油价格的代表。 通货膨胀率由全国居民消费指数 月度数据进行对数处理得到。 （二）数据来源 本文选取从 1999 年 1 月到 2011 年 4 月 布伦特 原油、大庆原油现货价格 和全国居民消费指数 的月度数据，共 148 个样本，分别记大庆原油价格为 P 、 布伦特原油价格为1国居民消费指数 文中所用到的 大庆原油价格、 布伦特原油价格和我国 数据均来自中国产业经济网。 （三）数据处理 原油价格收益率是指在当期的原油价格下相对于前一期所获得的收益，即利用当期的原油价格的对数减去前一期的价格的对数，获得当期的石油价格收益率。价格的变动除了商品本身 供需变化所引起之外，还有一些非相关因素的影响， 4 如计价货币本身价值的变化，在这里选取对数是为了能在一定程度上避免一部分非相关因素的影响，以便获得真实的价格变动情况。 对大庆原油价格收益率和 布伦特 原油价格的收益率都采用自然对数收益率形式，即： 11l n l n l nt t t t P P P 其中 ，前一期的原油价格； 第 t 期通货膨胀率 001/ P I C P I C P I其中，0PI，t 期全国居民消费指数 四、模型选择与设定 （一） 模型理论说明 1. 型 模型是最常用的波动建模工具 ， 这类模型主要用于刻 画 时间序列呈现的条件异方差 性 和波动聚类现象。波动聚类是指收益率波动常呈现 在某一时段内持续偏高或偏低的情况 ， 这种现象的出现源于外部冲击对价格波动的持续性影响。为模拟这种波动的聚类性和持久性，解决时变方差建模的问题，提高预测精度， 先于 1982 年提出了自回归条件异方差 （ 模型，用来预测和研究条件方差。用两个方程来定义一个 p )模型： 0 1 1t t m m t X (1) 22t t 1 t 0 a r ( | I ) p (2) 其中， 方程 (1)称为均值方程 ， 其中 方程(2)称为方差方程 ， 其中 2t是t的条件方差。由方差方程可清楚的看出， p)模型中条件方差被设定为残差滞后值的加权平方和。 2. 型 型在实际应用中为了得到较好的拟合效果常需要很大的 滞后 阶数p ，这不仅增大了待估参数的个数， 而且 无限制约束的估计常常会违背 i 都是非 5 负的限定条件 ， 还会引发诸如解释变量多重共线性等其他问题 ，为解决 存在的上述问题， 少数几个 2t的滞后值代替许多 2t的滞后值改造的模 型就是广义自回归条件异方差模型（ 一般的 p ,q )模型 具有如下形式 ： 0 1 1t t m m t X (3) 2 2 2t t 1 t 0 t t - a r ( | I ) i (4) 特别的当 1时 ,1)模型为： 0 1 1t t m m t X (5) 2 2 2t t 1 t 0 1 t 1 1 t - 1v a r ( | I ) (6) 其中， 方程 (3)、 (5)称为均值方程 ， 其中方程 (4)、（ 6） 称为方差方程 ， 其中 2t是 2t的滞后项 2t j和 其 自身滞后项 2函数。 3. 型 考虑到收益一般与风险成正比 ， 因而风险越大 ， 预期收益也就越高 ， 所以 987)在 型中引入预期风险 ，进而 得到 了型。 p ,q )模型为： 20 1 1t t m m t t X (7) 2 2 2t t 1 t 0 t t - a r ( | I ) i (8) 其中，参数 是用条件方差 2t衡量的，可观测到的预期风险波动对表风险与收益之间的一种权衡。 另外， 可以对方程 (7)变形为： 0 1 1t t m m t t X 6 或 20 1 1 t m m t t X 4. 型 由于在前面的模型中t的条件分布仅限于正态分布、 t 分布和 布，因此 1991 年提出了指数 型对 2t和t之间的关系进行了拓展。 型中的条件方差方程为 22t 0 t - 1l n l rt i t i t ki j ki j kt i t i t 等式左边是条件方差的对数，这意味着杠杆响应是指数的而不是二次的，所以条件方差的预测值一定是非负的，杠杆效应的存在可以通过 0 的假设得到检验。只要 0 冲击的影响就存在非对称性。 （二） 模型的检验 1982 年 ， 出检验残差序列中是否存 在 应的拉格朗日乘数检验（ 即 验。自回归条件异方差性的这个特殊的设定，是由于人们发现在许多金融时间序列中，残差的大小与最近的残差值有关。 身不能使标准的 计无效，但是，忽略 响可能导致有效性降低。 验统计量由一个辅助检验回归计算。为检验原假设：残差中直到 q 阶都没有 行如下回归： 2 2 20 1 1 t t q t q tu u u ， 式 中 是一个对常数和直到 q 阶的滞后平方残差所作的回归。这个检验回归有两个统计量： （ 1） F 统计量是对所有残差平方的滞后的联合显著性所作的一个 省略 变量检验； （ 2） 2统计量是 s 验统计量，它是观测值个数 T 乘以回归检 验的 2R 。 （三）大庆原油价格收益率的 型 1 大庆原油价格波动的 应 7 首先分析大庆原油价格收益率的是否存在 应，在均值方程中加入国际原油价格收益率以研究国际原油价格对国内原油价格的影响，同时考虑大庆原油价格受其的滞后期价格的影响引入大庆原油价格收益率的滞后值。综上，建立大庆原油价格收益率的 型为： 0 1 1 1t t m t m t R X (1) 2 2 2t 0 t t - j (2) 其中，t 期 大庆原油价格收益率的当期值， t 期 大庆原油价格收益率的 i 阶 滞后值，t 期 国际原油价格的收益率， 2t为t的条件方差。 2 预期风险对大庆原油价格收益率影响 由于收益率一般都与预期风险成正相关，当然原油价格的收益率也不例外。为了考察预期风险的大小对原油价格的波动的影响方向及大小，我们建立大庆原油价格收益率的 型，在均值方程中加入 2t的函数，即 20 1 1 1t t m t m t t R X 3 大庆原油价格波动的非对称性 由于原油市场中原油现货价格的变动会受到“利空现象”和“利好现象”的不同 影响，因此我们在模型中为了考察收益率的“杠杆效应”，将条件方差方程改为： 2211t 0 1 1 t - 12l n l 4 通货膨胀率与原油价格波动之间的关系 原油价格的上升会推动成品油和相关工业制品的价格，从而导致其他下游产品的价格也相应上升，最终可能使得通货膨胀率上升；而通货膨胀率的上升 又 进一步使原油的开采运输成本上升，因此收益减少。因此开发商必然选择减少开采量或提升原油价格，这两种选择最终 都是原油价格上涨。因此，我们可以考察原油价格波动中受通货膨胀影响的程度。为此，在 型的条件方差中引入通过货膨胀率这个变量分析通货膨胀对原油价格波动的影响，建立的 型 形式 如下： 8 0 1 1 1t t m t m t R X 2 2 2t 0 t t - j i 其中，t 期 大庆原油价格收益率的当期值，1 t 期 大庆原油价格收益率的一阶滞后值，t 期 国际原油价格的收益率， 2t为t的条件方差，t是 五、 数据检验 （一）数据的波动特征 为了考察国内原油价格时间序列的波动特征，首先给出收益率 观察序列的波动情况， - 0 . 5- 0 . 4- 0 . 3- 0 . 2- 0 . 100 . 10 . 20 . 30 . 49 9 / 2 0 0 / 2 0 1 / 2 0 2 / 2 0 3 / 2 0 4 / 2 0 5 / 2 0 6 / 2 0 7 / 2 0 8 / 2 0 9 / 2 1 0 / 2 1 1 / 2图 1 00 . 0 20 . 0 40 . 0 60 . 0 80 . 10 . 1 20 . 1 40 . 1 60 . 1 80 . 299/200/201/202/203/204/205/206/207/208/209/210/211/2图 2 2 9 从图 1 可看出，国内原油 月 收益率基本围绕均值 0 上下波动，波动幅度较大。从图 2 可以看出国内原油价格的收益率有几个比较大的波动且波动时间具有聚集性。因此我们可以说国内原油价格的收益率具有聚集性和持续性的特征，所以 对 国内原油价格的收益率 的分析适用 型。 （二）数据的“尖峰厚尾”特征 下面利用 件， 考察国内原油价格的收益率的峰度和偏度得到 如下结果 （图 3） ： 图 3 数据的正态检验结果 由此可见，偏度系数 为 于 0，说明周收益率分布略呈左偏，峰度系数 （ 远大于 3， 说明该分布呈现“尖峰厚尾”的特征。 计量检验结果表明周收益率序列不服 从正态分布。所以，对国内原油价格的波动的分析可以使用 型。 （三） 验 为了考察国内原油价格收益率的平稳性对其进行 验得到： 验值 于 1%时的临界值 以 验在 1%显著水平下拒绝存在单位根的假设，表明该序列是平稳的。 （四）序列自相关检验 10 图 4 序列的自相关性检验结果 由前 10 期的 Q 统计量表明原油价格收益率序列存在明显的自相关性。鉴于收益率存在序列相关，引入 对原序列进行滤波。为了得到最佳模型，对 ,6) ， ) ， )模型 进行了比较 ，依据准则选择 ,6)模型。模型较好地拟合了收率的条件均值，解释变量 在 1 %的 水平下显著。 滤 波后的残差不再存在自相关现象 ， 这说明 用 ,6)模 型来拟合条件均值是充分的。其它统计指标没有大的变化，残差仍具有较高的峰度， 计量表明残差序列仍具有波动聚类现象。 （ 五 ） 应检验 除了上述检验， 进一步采用 1982)提出的 法，对残差是否存在额外的 应进行检验，并以此确定 型的滞后阶数。检验结果表明 ， 当滞后阶数 3q 时， 验在 1%的显著性水平下是显著的，表明收益率序列存在高阶 存在 此我们选用 六、模型结果与分析 （一） ， 1)模型结果分析 基于上述分析 ，选择均值方程 ,6)，方差方程 ,1)模型 来进行 建模 ， 利用 件得到如下 回归结果： 611 2 9 8 3 5 1 7 6 1 9 1 0 0 9 R ( ( ( （ 1注： 括号内为 Z 统计量 （以下类同）。 11 2 12 12 7 6 3 3 2 4 3 7 4 0 6 5 ( ( ( 型结果显示 ， 对收益率的条件异方差可以进行较好的拟合，除了常数项外，其它各个变量都在 5%水平上比较显著。11=， 1 2 8 3 1 6 0 ， 原油价格上涨的信息对收益率的条件方 差对数有 的冲击；当t0 时0 . 3 6 0 2 ( 0 . 2 3 1 5 ) ( 1 ) 0 . 5 9 1 7 ，原油价格 下跌的信息对收益率的条件方差对数有 的冲击，即相同幅度的 原油价格 下跌比 原油价格 上涨对以后 原油价格 的波动具有更大影响。 七、结论及政策建议 14 （一）结论 石油是世界重要的能源，石油价格的波动会对一国的经济政治产生重大影响。本文以大庆 原油价格 作为国内 原油价格 的代表，基于 模型，并 通过 在均值方程中引入国际油价，在方差方程中引入通货膨胀率，全面分析了 我国原油价格的波动 ， 得出以下结论： 1 我国国内原油价格收益率序列 具有聚集持久 的波动性和 “ 尖峰 厚 尾 ” 特征，价格波动具有 明显的 且 我国原油价格受国际油价的影响比较大，并具有较长的持续性， 可见国际油价对国内油价具有绝对的引导作用。 2 通货膨胀率的变化对我国原油价格波动产生影响，但 影响 比较微弱。通货膨胀率 的变化会影响市场的正常配置调节与市场供给量，间接地引起石油价格波动。我国原油在很大程度上都是依赖于进口，这就弱化了我国通胀对原油价格波动的影响，但这种影响尽管微弱，其作用还是不能忽视的。 3 我 国原油价格的波动具有 应， 原油市场预期风险的增加会带来预期收益的增加， 这 符合市场经济的运行原则 。 4 石油是不可再生的，这就决定了整个石油市场上的多空双方的力量比势 ，石油供给者的市场地位要明显高于石油需求者。油价上涨会加剧石油短缺的预期 ， 使其消费者倾向于在当期购买 ， 这种相互作用又加剧了价格的进一步上涨 ，再 加上投机因素的推波助澜 ， 上涨的就更快了。 这种“买涨不买跌”的现象，跟股票市场正好相反。而当油价下跌时 ， 石油供给者可以将石油储存起来 ， 等到价格升高时再出售 ； 并且 石油开采商也会减少当期的开采量 ， 这 样整个市场的供给量就会降低 ， 供小于求， 市场价格有待回升 ， 阻碍了油价的进一步的降低。所以人们 对 油价波动反应的这种不对称性还是非常显著的， 这就 造成石油市场的杠杆效应。 （二）政策建议 保持一个国家的油价相对稳定，有利于国内石油供给和需求双方建立相对稳定的预期，有利于经济、政治的健康发展，作为一个石油进口大国，我们应该积极乐观地应对国际油价的变化。 1 我国是一个资源稀缺的国家，应将节能放在能源战略的首要地位。要提高我国的石油利用率，建立节能优先战略。只有这样，才能比较有效地抑制原油 15 消费的过快增长，降低对国际原油 的依赖，一定程度得保持我国原油的独立性。而原油利用率的高低主要取决于价格因素、技术因素和政策因素。 2 因为我国很大程度上只能被动接受国际 原油价格 ， 目前国际上