天气期权定价(共9页)

1、摘要(zhiyo) 天气(tinq)风险是指因天气气候变化给人们的生命财产安全、生产经营活动以及经济发展带来的不确定性。根据天气风险发生的概率(gil)及造成的后果，可以把天气风险分为三类，分别为天气灾害风险、气候变化风险和一般天气风险，前两类天气风险可以通过诸如农业保险、巨灾债券等手段来规避。而对于一般天气风险，传统的风险管理策略不能很好地规避，而天气衍生品(WeatherDerivatives)则可以很好的解决这一问题。 天气衍生品就是指以一定区域内的温度、风速、湿度、雨量、降雪量等气象条件为标的资产(Underlying Assets)的新兴的金融衍生产品。我国对天气衍生品及其作用的了解

2、尚处于起步阶段，天气衍生品市场也尚未建立起来。 在近年来天气灾害频发的情况下，天气风险对我国经济的影响日益突出。作为规避天气风险最有效手段，天气衍生品在我国鱼需实施。天气衍生品交易市场具有广阔的前景，而天气衍生品的足价问题是其开展交易的首要问题。 天气期权是天气衍生品的一种，是在天气期货的基础上产生的一种衍生性金融工具。从其本质上讲，天气期权实质上也是在天气金融领域中将权利和义务分开进行定价，使得权利的受让人在规定时间内对于是否进行交易，行使其权利，而义务方必须履行。 2.天气衍生品概述2. 1天气衍生产品 天气衍生产品是一种较新的风险管理工具。它们可以让使用者可以购买或者出售与天气相关的风险

3、，比如温度，降雨，降雪等。天气衍生品不同于传统的衍生品，因为他们没有原始的可以交易的标的资产，他们的标的主要就是一些天气指数。而一般的金融衍生品都是以股票、债券、外汇以及一些商品作为标的资产。 一般的天气衍生品合约可以被规范化成下面七种要素:合约类型，合约期限，标的指数，以及获得天气数据的官方气象站，合约的执行价格，合约的报价单位，期权费和最大支付额度。 最常见的天气衍生品是基于温度变化的。其标的指数一般都是基于采暖度日数(Heating Degxee Days)和空调度日数(Cooling Degxee Days)，而这两个指数都是从能源行业借用过来的，主要作用就是描述温度对于温度基准线的偏

4、离情况。而平均温度的计算方法，一般来说是指一天24小时内，最高温度和最低温度的算术平均。在北美，能源行业以18摄氏度作为一个基准，因为平均来看，每年温度降到18摄氏度以下，壁炉将普遍会被打开。在天气衍生品市场上，我们假设，当平均温度低于18摄氏度的时候，消费者将消费更多的能源去给他们的房间取暖，而平均温度高于18摄氏度的时候，消费者将消费更多的能源去使用他们的空调来制冷。虽然行业的标准是18摄氏度，但是每个地方的差异性还是非常大。所以，这样一个基准也不是绝对的。所以，在文章后面的部分，将会对基准线的进行调整，从而来对定价的结果产生影响。 采暖度日数将测量的是平均温度低于标准18摄氏度的数量，而

5、空调度日数测量的是每日温度高于标准18摄氏度的数量。对于两个指数，定义的公式分别(fnbi)为 HDD=Max C 18一日(y r)平均气温，0); CDD=Min(日平均气温一18, 0); 大部分温度(wnd)衍生品是在一个期间内，累积的HDD或者累积的CDD。而天气衍生品的合约期限也多种多样，有一周，一个月，或者一个冬季或者夏季。计算一个时间内的累积HDD或者CDD，只需要将每日的HDD或者CDD累加即可。 当然，除了HDD和CDD作为标的以外，还有很多其他的指数是基于温度的可以作为天气衍生品标的资产的。这些种类繁多的指标为不同行业的天气衍生品的使用者提供了合适的风险对冲工具。一些天气

6、衍生品的交易是基于所谓的临界日指数(Critical Day工ndices)，这种指数用于计算一段时间内，温度高于或者低于设定好的边界值的次数。而其他的天气变量，同样有着很多指标，比如累积降雨或者降雪超过了一定设定值的天数等。表2-1给出一了些较为常见的天气衍生品合约中用到指数简称以及相关说明表2-1一些常见的天气指数 所有的天气合约都是基于一个或多个气象站对实际气候的观测值。大部分的合约都是基于一个气象站的，还有一部分合约会采集多个气象站的数据之后计算加权平均值。所有的天气合约都会有一个合约期限，规定计算限定的期间内的天气数值。最常见的是11月1日到次年3月31日的冬季合约，5月1日到9月3

7、0日的夏季合约。四月和十月常被称为肩月。然而，合约期限为一周，一个月，或者数年的天气合约的交易量正在快速增长。很多合约的指数都在总的框架下进行不同程度的创新，比如除去周末的观测值或者对于特殊的日期施以两倍的权重等，这些都是为了满足不同投资者对于风险管理的需要。 现在，大部分天气衍生品合约都是在场外交易市场交易的，交易的各种要素都是由交易双方私下沟通商议完成。对于参与交易的双方，这种交易方式给予了交易双方最大的弹性。场外交易市场的衍生品是一个双边的合约，双方都暴露在对方无法履约的信用风险下。 场外交易市场的天气衍生品以基于不同天气指标的看涨期权，看跌期权和互换为主。这些期权以欧式期权为主，即只有

8、到合约结束的时候才可以执行。对于场外交易市场上的合约，一些关键的要素有执行价格，报价单位，最大支付额度。这些场外交易市场的天气合约与其他市场上的金融衍生品有着一个显著的不同，就是天气合约的支付一般都会存在着上限。这种人为的限制和保险行业限制支付一样普遍。更加特殊的期权结构如领子期权，数字期权，障碍期权，复合期权等。这些根据需要定制的产品解决了客户多种多样的需要。 交易所交易的天气衍生品一般都是用现金交割，并且需要保证金，每日盯住市场价格。合约交易的一方总是存在着交易，所以不存在信用风险。现在，主要有两个交易所正在进行天气衍生产品的交易，一个是芝加哥商品交易所，另一个是伦敦国际金融期货与期权交易

9、所。芝加哥商品交易所交易天气期货与基于天气期货的期权，而伦敦国际金融期货与期权交易所主要交易天气期货。 芝加哥商品交易所提供的天气衍生品的种类以及覆盖的地区非常广泛。从覆盖地区来看，包括美国，加拿大，欧洲，亚太地区，澳大利亚等。产品的种类来看，有基于咫风，基于温度(wnd)，基于降雪，基于霜冻，基于降雨的天气衍生品。在时间期限(qxin)方面，以一个月和一个季度为主。芝加哥商品交易所交易的HDD期货与CDD期货是规定(gudng)了在未来买入或者卖出确定的温度指数。每份合约的名义价格是100美元乘以实际的HDD或者CDD指数。HDD或者CDD看涨期权则是给持有者一个权利，可以以特定的价格，买入

10、HDD或者CDD期货，通常，这个叫做执行价格。而HDD或者 CDD看跌期权则是相对的给所有者一个权利，可以以特定的价格，卖出HDD或者CAD期货。在芝加哥商品交易所，基于期货的期权都是欧式的，这意味着他们只能等到到期日才可以执行。 快速发展的天气衍生品市场归功于企业意识到他们的收入和利润不再是天气的恩赐，而是在一定程度上，可以控制的。因为很多企业己经对冲了利率和外汇波动带来的风险，他们同样能够在变化的天气中，通过天气衍生品，保护他们的利益。这种对于天气风险的意识与管理已经在能发达国家的能源行业得到了普遍的推广。对于天气衍生产品的需求，主要还是来自于能源行业，但是，其他的行业，也开始注意到这个市

11、场的发展。 据美国芝加哥商品交易所给的数据，全美国大约有20%的经济活动直接与天气相关。在欧洲和日本，分别存在着价值大约1. 25万亿美元和7000亿美元的商业活动受到天气的影响。在我国，近年来，连续频发的自然灾害，2008年南方大雪，2010年南方大旱等天气自然灾害都在提醒我们管理天气风险的重要性。下面，我们将对于天气波动性与暴露在天气风险下的经济活动相关的风险对冲问题进行讨论。 天气风险来源于天气的变化，如温度，降雨，降雪的变化等。现在，很多天气衍生品的交易都是基于温度的。表2-2展示了美国5个作为具有代表性的城市的温度波动。这5个城市的温度在芝加哥商品交易所都可供交易的产品。这五个城市包

12、括。表2-2美国5城市温度波动:月份HDD与季度HDD 亚特兰大芝加哥辛辛那提达拉斯得梅因HDD 11月均值 336 752 616 305 797 标准差102 120 108 84 157 12月均值 598 1147 961 565 1219 标准差134 192 181 132 205 1月 均值 676 1298 1086 621 1331 标准差120 183 163 122 209 2月 均值 494 1059 871 437 1064 标准差120 183 163 122 209 3月 均值(jn zh) 341 864 689 279 827 标准差87 106 109 69

13、 127 冬季(dngj)均值 2433 5096 4200 2186 5199 标准差301 432 384 277 489 天气(tinq)敞口被定义为dR/dW，这表示为收入对天气的敏感程度。受天气影响的行业很多，比如农业，旅游，服装，饮料，建筑，能源，娱乐，物流等行业。表2-3简要的描述了一些行业与天气变化之间的关系，以及天气变化如何影响行业的经营。表2-3天气风险与部分行业之间的关系行业 天气类型 风险 能源行业 温度 暖冬或者凉夏会降低能源的 消费。 饮料行业 温度 凉夏会降低饮料的消费 建筑材料行业温度/降雨 过低的温度和过多的降雪会 导致工地的关闭 滑雪场 降雪 滑雪场降雪量过

14、少，则会减 少收入 农业 温度/降雪 极端的气温和降雪都会影响 农作物的产量 环卫部门 降雪 过多的降雪将会增长清扫积 雪的投入 路盐公司 降雪 降雪过低将导致收入降低 水电厂 降水 千旱时期收入会降低 天气风险一般是数量上的风险。对于很多商品的购买者和销售者而言，数量的变化能够对价格的变化产生不利的影响。价格风险管理工具可以在很多商品上使用。但是这些工具对于对冲数量方面的风险，存在一定的限制。如果不能彻底的消除天气风险，那么天气衍生品以其独特的优点，成为最好的管理数量风险的工具之一，它能够为收入的平稳性提供保障。2. 2天气(tinq)衍生品市场概述 天气衍生品市场根源于美国对于(duy)能

15、源行业的自由化改革。天气状况的变化总会被认为是最大的影响能源消费(xiofi)的因素。然而，这些不可预测的气候变化之前是在一个垄断的环境下，被管制和管理着。随着自由化进行的推进，更多的市场参与者加入到了生产，销售以及运输能源的过程中来。所以，天气，作为重要风险之一，就需要被市场中的参与者自行面对与解决。作为天气衍生品市场诞生的标致，一般是被认作美国科氏(Koch)工业和安然(Enron)公司宣布，他们签署一项，基于密尔沃基(Milwaukee) 1997年至1998年冬季的采暖度日数的合约。这第一笔交易是在场外交易市场上完成的，交易旨在保护特定地区内，冬季里温度超过往年平均气温，夏季里温度低于

16、往年平均气温的特殊情况下，造成的损失。早期，市场的参与者把天气衍生品当作对冲他们能源资产暴露在天气变化下的敞口，并且也是其他能源商品的风险管理工具。 投资在天气风险相关产品上的可观收入吸引来了更多的资本，包括银行，保险公司和对冲基金，他们都在寻找可以分散投资组合又可以提高收益的方法。同时，对于天气风险管理产品的需求，从能源行业又扩展到了其他行业。公司的风险控制经理开始从一个新的视角审视过去那些无法被保险公司受理的风险。为了应对这些增长的需求，天气衍生品的范围随着市场的创新，继续扩大。现在，天气衍生品的交易产品已经覆盖了几乎所有的天气变量，时间跨度从一周到几年，支付额度从几千美元到上亿美元。夭气

17、衍生品市场的繁荣发展不仅体现在可以对冲的风险种类越来越来，并且，也有更多来自世界各地的企业，在这个市场上交易。天气衍生品在世界各地也正在快速发展，英国、澳大利亚、法国、德国、挪威、日本等已经完成了当地的天气衍生品的交易。尽管大部分的交易仍然是在场外交易市场完成的，但是，在芝加哥商品交易所完成的标准化的交易正在为世界其他国家完善市场提供示范作用。在这些市场上，交易量的增长则增加了天气衍生品的流动性与价格发现的功能。 。 在天气风险管理市场诞生之初，市自从1997年，天气衍生品市场逐渐成为了一个活跃的风险管理部门。根据美国WRMA协会的估计，2011年美国天气衍生品市场的交易额己经达到了120亿美

18、元。而与天气相关的经济活动，则己经占到美国经济总量的8096以上。而这时，欧洲市场的交易总量是7亿美元，而亚洲市场的交易总量是1. 5亿美元。澳大利亚市场规模较其他市场相对较小，只有3000万美元左右。这其中，以基于温度的天气衍生品交易量最多，基本上，可以占到天气衍生品交易总量的9596以上场参与者的数量和种类都在扩大。多种多样的市场参与者提供了天气风险管理产品，包括能源交易公司，对冲基金，保险公司，投资银行和商业银行等。每个市场都有他自己的产品流水线和定价模型。财务投资者会去利用天气衍生品收益与其他金融工具收益的低相关度来构建新的资产组合。天气衍生品可能减少风险，并且增加投资组合的收益。像保

19、险的产品一样，它们可以成为投资者投资组合中的新的资产。 由于天气衍生市场最初的诞生是为了满足公共事业(n n sh y)部门以及能源交易公司的需要。公司事业部门与能源交易公司存在着紧密的联系(linx)，那么，新兴的天气(tinq)衍生品同样可以帮助公共事业部门管理天然气价格的风险敞口。而能源交易公司，己经具备了丰富的天气风险管理经验，则是最初的天气衍生品市场的创新者，并且，一直保持是市场上的主要参与者。能源交易公司为场外交易市场提供了很多天气衍生品。天气衍生品的使用者可以将特定地点的天气风险在进行对冲。这种保护非常贴近风险，触发的范围也非常广。 在很多方面，天气市场代表着了保险市场与金融市场

20、未覆盖的新的领域。保险和再保险行业是这个市场年的主要参与者。尽管保险行业是过去更多的习惯于提供对于巨大灾害产生的风险进行保险，而非季节性的天气变化带来的风险。但是，保险行业还是积极的参与到天气衍生品市场里来，主要原因有两点。首先，天气衍生品与传统的保险产品有着很多相似点。其次，在操作层面，参与天气衍生品市场与参与保险市场所需要的一些知识准备在很多方面有着重叠，所以，对于保险行业的从业人员非常容易参与进来。于是，在天气衍生品市场建立起来以后，保险公司常常为客户提供两种不同的服务形式，保险的形式与衍生品的形式。 商业银行和投资银行在金融市场上一直是最活跃的金融机构，同时也是天气衍生品市场中的活跃参

21、与者。一些机构仅为客户提供一些意见，而另一些机构，则自己参与到衍生品的交易中去，并承担一定的风险。多银行在金融产品的交易方面，有着丰富的经验与丰富的客户基础。他们可以从己经存在的客户中，挖掘出对管理天气风险感觉兴趣的客户。2. 3天气衍生品在中国的发展 根据美国的Weather Bill公司公布的一项数据显示，中国受天气影响的经济价值占全国ODP总量的大约45%左右，并且，我们有一半的人口居住在存在一定天气风险的地区。每年天气风险造成的经济损失可以达到2000亿元以上。所以，我国天气衍生品市场的需求十分巨大。但是，我国各地的商品期货交易至今还没有推出天气衍生品。从2002年起，大连商品期货交易

22、所开始对天气衍生品进行全方面的研究，包括理论的学习与实际市场的考察与测试。大连商品期货交易所的天气产品小组人员为了获得第一手的数据，专门组织人员前往美国和日本等天气衍生品发达国家市场，考察天气衍生品在国外的发展。为了更好的获得天气数据，大连商品期货交易所与中国气象局签订了一项长期的合作协约，目此，大连商品期货交易所选取了国内80多个大中型或者有气候有代表性的城市作为研究对象，从诸多角度对天气进行研究，具体指标包括在不同的农业生产地区，不同的人口数量及密度下，电力及天然气消耗量变化。并且，大连商品期货交易所对这80多所城市的降水量的多少，温度变化的特征，与特大自然灾害等，并结合由中国气象台发布的

23、近30年的气象数据进行深入的研究，为天气期货合约设计提供可靠依据，并初步设计了天气衍生品种合约。在2006年，大连商品期货交易所开始与东京期货交易所合作，从多个方面，共同研究天气衍生品的开发以及市场的运行。对诸多于天气衍生品，大连商品期货交易所将研究的重点放在了基于温度的天气衍生品合约上。在2012年11月份，香港特区政府以及香港证券交易所也开始对天气衍生品市场建立的可行性进行调研，并且结合各地的气候特点，对基于温度，降水，霜冻等指数的天气衍生品进行研究，并准备适时推出相关的产品。 我国农业生产还相对处于比较落后的阶段，但是(dnsh)，对于天气衍生品的探索，以及利用天气(tinq)衍生品规避

24、风险则十分有意义。天气衍生品种类越多，那么，可以为农业生产经营者提供更为丰富(fngf)的天气风险管理工具。建立起来天气衍生品市场后，农业保险公司可以通过市场化的途径转移天气风险，这样，农业保险公司则可以不用完全依赖国家财政，而在通过市场化的方式，规避自身的风险。我国自古以来都是一个农业大国，由于我国经常天气变化异常，农业生产存在着较大的天气风险，为了让农民收入保持一个较为稳定的增长速度，不仅需要通过农产品期货来规避价格波动带来的风险，还应积极研究天气衍生品，在遇到不利天气条件时，可以规避掉农作物在产量方面的风险。6.发展中国家的天气衍生品概述 在发展中国家，天气风险管理变得越来越重要了。与发

25、达国家相比，发展中国家在自然灾害面前显得更加脆弱。根据Varangis (2001)的研究结果，在发展中国家，自然灾害带来的经济损失是发达国家的20倍。 天气对很多经济活动有着正面的或者负面的影响。能源，农业，医药行业是典型的对于天气非常敏感的行业。这些行业的成本和收入直接与天气情况挂钩。特别是一些极端的天气情况，比如干旱或者水灾，极度高温或者极度低温，暴风等对于个体农民以及大量依赖于农业的人口都有着十分严重的影响。近年来，国际社会己经意识到，人类在天气面前的脆弱。尽管现在并没有控制天气的方法，但是，我们有新的方法去减弱天气带来给经济的影响。 尽管天气衍生品在发达国家的能源行业快速的发展着，天

26、气衍生品在农业方面的也有着很多应用，但是，在发展中国家却受到很多限制，而农业对于很多发展中国家都非常重要。事实上，天气衍生品可以帮助发展中国家解决两个基本的问题，一是可以解决灾难性的天气风险提供更多的方法，另一个是提高新的高度依赖天气的基于个人的保险产品大力发展。 Varangis (2001)己经总结了在发展中国家发展天气衍生品很一些很关键的条件。(1)有可靠的可验证的天气形式，一般来说，对于某个地区成为天气衍生品的标的，那么这个地区至少要有30-40年可以追溯的天气数据，更重要的是，获得数据的成本和质量都必须考虑到。(2)必须建立经过认证的气象站，从来确保对于天气事件的准确解读。另外一个获

27、得准确数据的方法是比较临近气象站的数据或者和气象卫星获得的天气数据对比。气象卫星可以用于辅助估计降雨，风力，温度等。然后，气象卫星发布的数据也存在着一个问题，就是可能会与之前传统的测量方法存在着一定不能接软的可能性。 各地的降雨类型都不一样，比如在中国，降雨分布有着东南多而西北少的特点，因为东部沿海在夏季更易比内陆更易受到季风的影响。因此，基于河北气象站的天气衍生品合约类型与基于四川气象站的天气衍生品类型存在着很大的差异。除此之外，确定降雨!J量的相关性非常重要，低的相关性意味着高的降雨基本风险。当然，对于风险的处理，也可以采用将测量结果在更长的一段时间和更大的一个区域内平均化。更重要的，低的

28、空间相关性也许对于个体农户在购买天气衍生品时会存在一定的困难，而但这对于机构投资者和一些能源企业来说，则会少很多，因为他们经常进行跨区域的天气衍生品的交易。基本风险是否会超过天气保险带来的收益这是一个经验性的问题，需要根据降雨(jin y)的空间相关性来判断。 面对极端的天气事件，很难找到有相反风险敞口的交易(jioy)对手。而天气衍生品市场则可以以低成本的方式找到交易(jioy)对手。保险公司精算的稳定性是基于天气周期变化的概率来进行计算的。无论任何时候，当一个天气事件被确认了，就有必要去调整保险的成本，尽管在改变保单成本和销售保险产品之间存在着一定的时滞。但是，这种变化仅发生在天气形式的改

29、变而非天气形式沿着过去的形式继续运行。 在很多发展中国家，并没有将天气衍生品作为一个保险工具。在经过周密的调研和研究以后，可以对相关的规定进行一定的修改，允许发展天气衍生品，以及与天气衍生品相关的保险。总的来说，天气市场为发展中国家提供了新的条件和机会去管理灾难性的和非灾难性的风险。执政当局也可以更多的利用这个市场，来设计出有效的天气灾害救助方案。6. 2天气衍生品在中国的发展机会与路径 中国是一个幅员辽阔的国家，如此巨大的地理跨度，让气候变得非常大。从南到北，从内陆到沿海，中国有着多种多样的温度及降雨地区。温度受到不同纬度和季风活动的影响，变化也非常复杂与多变。总的来说，冬季，秦岭淮河线以北

30、的地区，平均温度会在0摄氏度以下，以南的地区则在0摄氏度以上。黑龙江的漠河县是全国最冷的地区，而海南省则是全国最热的地区。在夏季，全国大部分地区的平均温度都在20摄氏度以上，除了青藏高原和和其他一些山区。由于夏季非常炎热，重庆、武汉和南京被称为中国的三大火炉。中国的降雨每年都比较规律，基本上一直呈现东南沿海多，西北内陆少的现象，同时，东南沿海则更容易受到季风天气的影啊。经常，由于降雨的过多或者过少，国内还经常出现洪涝和干旱等灾害天气。每年夏天，来自西太平洋的东南季风和来自印度洋的西南季风相遇，造成国内的大量降雨，华东地区则经常经历天气的变化，同时，西北地区属于非季风地区，所以天气变化相对来说就

31、要少一些。 中国也是一个农业大国，“自然的力量”对个体农民以及大量依赖农业的人口有着巨大的影响。中国向来有着“南涝北早”的天气传统，而这己经影响着数以亿计的民众的生活。虽然有研究表明，这种状况正有所改变，像2012年北京大雨，2010年西南大早等。但是，我国依然气候灾害频发。比如2012年的北京大雨，导致北京成灾面积1. 4万平方公里，受灾面积1. 6万平方公里，全市共计近两百万人受灾，其中房山区受灾人数达一百万。全市多处桥梁、道路以及水利工程受损，全市民房多处倒塌，几百辆汽车损失严重。而2010年云南，贵州，四川，重庆等西南五省市区遭遇了百年大早，更是造成六千多万人受灾，一千多万人无法及时获

32、取饮用水，由干旱直接造成的经济损失达到两百多亿元。 毋庸置疑，天气的变化对于中国农业的生产有着巨大的影响。有研究表明，像小麦，水稻和玉米等主要农作物在21世纪后半段大幅减产，而减产的幅度可以达到3 7%。农作物将严重受到未来20-50年天气变化的影响。如果不采取应对天气灾害的措施，它将对农作物的质量以长期持继稳定的经济发展造成影响。天气风险管理可以为农业生产者提供多种多样的天气衍生品，从达到转移天气风险的作用。 先经过试验和摸索，再逐步推广，之后根据实际情况选择逐渐的调整，并完善，如果行不同，则将其抛弃，这种方法，在我们经济体制改革中，经常被用到，就像上世纪90年代初开展股票市场一样。我们不可能(knng)等到金融环境，法律环境，以及技术(jsh)条件一切都成熟的时候，再去开发天气衍生品市场。就像不可能非要等到(dngdo)股份制公司全部规范化了，监管部门的管理水平全部提高到一定的水平，投资者的都接受