我国天气衍生品的发展现状、问题及对策研究

内容摘要本文在第一部分通过详细描述研究背景，介绍了国内外关于天气衍生品的发展现状，并指出了国内发展天气衍生品现存及潜在的问题。同时通过介绍国内气候变化的多样性、不可测性及对各行业的损失程度说明了我国发展天气衍生品的必要性和迫切性。又通过文献综述详述了国内外学者的研究内容和进度，进而反映出我国在发展天气衍生品的研究方面仍不完善。本文第二、三部分详细介绍了天气衍生品的相关分类，并以温度指数期货为例介绍了期货合约需要具备的要素。同时，通过借鉴芝加哥商品交易所的部分数据对我国温度指数期货合约中的部分内容进行分析和设计，并对设计的天气衍生品合约举例说明其在各行业的应用和研究意义。最后，结合国外经验和国内发展现状对我国发展天气衍生品现存及潜在问题提出相应的方法措施。关键词：天气衍生品；温度指数期货；合约要素；目录TOC\o"1-3"\h\u1796032717一、绪论 我国天气衍生品的发展现状、问题及对策研究一、绪论(一)研究背景与研究意义1.研究背景近年来，全球气温变暖情况日益加剧，异常天气情况频繁发生。例如，国际上，2021年7月份德国西部和比利时连日暴雨引发洪灾，已造成近200人死亡，数百人失踪，洪灾致两国及荷兰和瑞士南部的河流决堤，洪水泛滥，部分中世纪古建筑被淹没，损失不可估量数据来源于国际金融报（2021年7月26日）；与此同时，国内也在经历着异常的天气情况，我国2021年7月16日河南省遭遇重大强降雨，截至同年7月29日，该强降雨造成河南150个县（市、区）1616个乡镇1391.28万人受灾，因灾遇难99人，因灾死亡人数超70人，全省农作物受灾面积1048.5千公顷，倒塌及损坏房屋84.08万间，直接损失909.81亿元；同年7月20日，第6号台风“烟花”登陆我国南方沿海地区，导致我国总计12个国家站日降雨量突破7月份历史极值，据统计，“烟花”造成浙江、上海、江苏、安徽4个省市受灾人口超271.1万人，累计转移群众超274万人数据来源于人民日报（2021数据来源于国际金融报（2021年7月26日）数据来源于人民日报（2021年7月28日、2021年7月30日）2021年4月22日数据来源于中国日报网（2019年2月1日）天气衍生品最早产生于1997年的美国能源领域，该年的厄尔尼诺现象唤醒了美国大型能源公司对天气风险的认知，引出了一些应对天气风险的创新举措。该年秋天，科氏工业与安然公司首创了天气风险转移交易，标志着天气衍生品市场的诞生。天气交易市场形成的初期，是以场外一对一柜台交易（OTC）形式进行的。随着市场的迅速扩大，交易者存在着降低交易成本、提高流动性和降低信用风险等诉求，这就推动了天气衍生品开始在交易所以标准化合约形式进行交易。天气衍生产品种类繁多，包括天气期货、天气期权、天气互换和套保期权等，目前市场上交易最广泛的品种是天气期货和天气期权，风险类型主要还是以美国温度指数为标的的气温合约（制热日指数HDD和制冷日指数CDD）此前，我国为应对天气变化带来的影响，推出了一系列关于防范天气风险的金融产品，例如：天气指数保险。保险公司把天气因素对领域损害程度进行指数化，每个指数均有对应的领域损益，保险合同以此指数为基础，当指数达到一定水平时由保险公司向投保人进行赔付。天气指数保险在一定程度上减少了人们受到的损失，但是这种赔付是在发生实际损失的情况下发生。例如，水稻如果减产，只有在减产比例超过一定的限度，使投保人的农业投入无法保证收回时，才可能赔付，投保人不可能通过保险得到比他当初的支出高的赔付。而如果通过期货套期保值，就可以得到任何不利天气影响下的收益保证。因此，从这个角度看，即使农业指数保险有了极大的发展，仍有一些风险是无法管理的。同时，由于我国衍生品市场起步时间晚、种类少、交易少、流动性差，发展天气衍生品在各行业的风险管理中发挥最用的同时，也可以在一定程度上增加我国衍生品金融工具的种类，增加流动性，继而促进我国衍生品市场的完善。因此，我国发展天气衍生品尤为必要。2.研究意义与传统的金融衍生品以实物为标的进行交割的方式不同，天气衍生品为以天气指标为标的物以现金进行交割的方式的创新型金融衍生品。研究开发天气衍生品的意义有一下几个方面：(1)企业转移风险的需要气候变化带来的影响日益渗透到各个领域。不止农业，旅游业、建筑业、娱乐业等领域也因为气候变化带来的影响而遭受了一定的损失。为了规避不必要的损失，转移风险，天气衍生品的研发尤为必要。(2)市场的流动性一直以来，民间储蓄在促使资本流动方面具有重大的推动力，我国居民储蓄率很高，储蓄存款突破15亿大量的钱存放在银行中，需要有一种将储蓄转化为投资的金融工具天气衍生品的研发在一定程度上促使了民间资本流向市场，将众多投资者和避险者聚集到一起，保证了市场流动性。(3)增加金融工具种类，丰富了我国金融市场，提高了我国金融市场的竞争力。天气衍生品的研发，增加了金融衍生品市场交易品种，为投资者提供了更多的选择，更有助于提高我国金融市场的竞争力。(二)文献综述1.国外相关研究（1)定价方面Romagnoli和Bressan（2021）引入基于Couple的多元CDs/WDs的定价方法，讨论了CDs和WDs对气候风险的影响和金融稳定的启示，并结合立法框架讨论并指出在当前立法不明确，定价不完善的背景下，气候对冲风险如何可能弊大于利；Andrea和Maria-Antonia（2020）主要指出了基于降雨指标的天气衍生品在定价方面面临的挑战，二者研究了用伽马分布来模拟价格的准确性，除此之外，还提出了指数分布和混合指数，用以模拟价格。Tesfahun、Amiro和Gurju（2020）平均温度的随机模型，以计算温度指数，该模型拟合了埃塞俄比亚11年的气象数据，使用近似解析对HDD和CDD期货进行定价。(2)在各领域中的应用Lslip、WeiJasonZ和Kwon（2020）提出了用天气衍生品管理建筑风险，指出利用天气衍生品进行套期保值降低了承包商面对天气变化导致不能如约完成建设工作而面对一定赔付的可能性。Monika(2020)以波兰作为典型城市，深入研究了天气风险给能源部门带来的经济影响。Gyamerah、Ngare和Ikpe（2020）针对单个地点和多个地点对用于管理农业风险的天气衍生品开发了定价模型。2.国内相关研究(1)定价方面邹楚瑜（2020）以北京市作为典型城市，选取北京市的气温数据，通过ARIMA模型精确的拟合平均气温的动态变化过程，并基于蒙特卡洛模拟对衍生品进行定价，确定了适合我国市场发展的气温指数。蔡丽平(2007)通过ARMA模型，从统计上对对成都市降雨量进行模拟，并为基于降雨指数的期权进行定价。谭甜甜（2021）通过实证分析，指出基于月波动率和蒙特卡洛模拟方法对温度指数期货的定价更为准确。杨刚和杨徐进（2020）基于最佳的MRS模型对长沙市区的日平均气温进行拟合，并采用无套利定价原理对气温衍生品进行定价。(2)在各领域中的应用田颖楠（2021）通过分析整理芝加哥商品交易所温度指数期货合约要素的构成，以京津冀为例设计了温度指数期货合约，并通过蒙特卡洛方法对合约定价。同时详细介绍了温度指数期货合约在能源业、农业、零售业与旅游业中的应用效果。吴秀（2017）通过对海洋渔业的风险敏感性进行分析的基础上，探索出将天气衍生品应用到海洋渔业的风险管理中，并以广州市2006-2015年的日平均气温为例研究，设计出气温期权衍生品。陈铭舒（2020）通过对泉州市19年间的降雨量数据进行拟合，设计出基于降雨量的天气衍生品合约，结果表明累计降雨量的看跌期权合约在泉州市的气象条件下可以很好的对冲风险。综上所述，国外学者对于衍生品的定价和应用的研究相较于国内学者已经有了更多成果，越来越多的领域运用衍生品管理风险，值得我们借鉴此方面的经验。除此之外，我国衍生品市场起步时间晚，对衍生品各方面的研究还处于探索阶段。截至目前，我国尚未推出具体的天气衍生品，对衍生品的研究处于对未来发展的展望，对定价模型的合理性研究，以及对单一城市推行天气衍生品的要素设计。交易所具备的关于天气衍生品各方面的信息储备还不齐全，各大商品交易所中仅有大连商品交易所对天气衍生品的研究有进展，2017年大连商品交易所与国家气象台签署了战略合作协议，气象台为大连商品交易所提供了近30年的日温度数据，为天气指数的编制提供了可靠、权威的数据基础。目前，大连商品交易所仅编制了包括哈尔滨在内的六个城市的温度指数，虽获得了稳定的数据来源，但是可作为标的城市的数量少，且指数编织所需要的数据来源仍有不足，对温度指数期货合约要素的设计和合约定价方面也还在探索研究阶段。因此，国家更应该大力推行并鼓励天气衍生品的开发，为天气衍生品的设计完成提供一定的政策支持。(三)研究内容1、通过对天气衍生品国内外发展现状的系统性阐述，说明我国发展天气衍生品现存及潜在的问题，并提出应对措施。2、通过对天气衍生品相关概念的系统性阐述并结合CME推出的温度指数期货合约，以我国郑州市为例设计温度指数期货合约，并举例说明其在各领域中的应用。二、相关概念与理论基础(一)天气风险天气风险是指由于天气变化给企业生产经营带来的不确定性风险。天气风险分为灾害性风险和一般性风险。一般性风险是指天气发生细微变化，与正常天气发生细微偏差的天气变化。例如，降水量的高低、气温的高低、降雪量等，这种天气变化出现后，人们遭受到的损失可以衡量，因此，可以利用天气衍生品来对冲一定的风险。灾害性风险是指发生概率极低，破坏力极大的天气风险。例如：地震、洪涝、台风、海啸等，这种气象灾害一旦出现，那么损失不可估量，甚至会危害到人们的生命安全。表1.各行业常见的天气风险表格为作者自行整理表格为作者自行整理Table1.Commonweatherrisksinvariousindustries行业天气变化风险娱乐业暴雨、暴雪、大风拍摄进度推迟，后续安排被打乱，不能如期过审。电力公司高温、低温人们制冷/取暖的需求上升/下降。农业暴雨、暴雪、大风、霜冻等农产品产量没有保障。建筑业暴雪、暴雨、大风等施工进度推迟，承包商未按时完工可能会受到索赔。(二)天气衍生品天气衍生品是以相关天气指数为基础资产，受到损失的一方通过获益一方的利益转移来弥补自身损失，是损失达到可控程度。1.天气期货实际上，它和其他期货的交易原理是一样的，投资者以确定的价格，在未来某一日期买入确定数量的另一方所卖出的标的资产，不同的是天气衍生品的标的资产为天气指数而不是实物。例如，某电力企业每年7月份平均电力销售量约为3000万千瓦时，由于今年夏季气温低于正常水平，其7月份电力销售量比平均水平降低了10%，按照0.25元/千瓦时的出厂价计算，约损失75万元，该电力企业提前在期货市场中以53.00的点位卖出温度指数期货合约500手，由于实际温度低于平均水平，因此温度指数期货也呈下跌走势，电力企业于51.50的点位平仓，共获利75万元（假设温度指数期货合约乘数为1000），尽管没获利，但完全弥补了现货市场的亏损。2.天气期权天气期权是一种期货期权，表示投资者在未来某一日期买卖某一个天气期货合约，包括看涨期权和看跌期权两种。看涨期权可以使风险暴露者通过买入期权获得盈利，用来部分或全部弥补因极端冷热天气因素造成的经济损失。看跌期权可以使市场投机者与套期保值者获取可能的额外收益。2006年，世界粮食计划署购买了一份累计降雨看涨期权合约，用来筹集应对干旱对埃塞俄比亚农作物的影响的应急费用。合约期限为未来的3-10个月，合约标的指数为基于分布在埃塞俄比亚26个气象观测站点气象数据转换的指数。如果农作物的水分胁迫指数高于约定水平，那么表示合约期间天气是干旱的，世界粮食计划署就会选择行权，通过这种方式能够实现应急资金迅速到位，有利于及时对埃塞俄比亚进行援助；如果水分胁迫指数低于约定水平，那就表示合约期间天气不是干旱的，世界粮食计划署就会放弃行权。最终2006年埃塞俄比亚的降水量高于历史平均水平，因此世界粮食计划署没有选择行权。降水指数期权的成功应用为建立天气风险规避机制提供了很好的借鉴意义。3.天气互换天气互换是指约定两个人或两个以上当事人，按照事先约定，在规定的时间内，进行一系列现金流交换，从而交换风险的合约。天气互换作为一种金融衍生工具，一般在场外交易，具体较强灵活性。就具体气候风险而言，天气互换的双方所面临的某种风险，它引起的结果具有反向相关性，即这种风险对一方而言是有利的，对另一方则会带来损失。如夏季降水过多有利于水力发电企业，却会使抗洪压力增大，增加政府财政负担。因此，可以通过天气互换合约，将互换双方的收入稳定在特定水平，规避气候风险。三、天气衍生品合约要素和产品设计—以温度指数期货合约为例(一)要素设计从温度指数期货合约设计的设计上来看，有两个比较核心的内容：第一个核心内容是怎样设计指数，温度会影响到众多行业，对农业影响尤为显著。指数的设计会直接关系到对天气衍生品的使用和使用效果如何，目前世界上温度指数主要有这样几种指数，第一种是美国的制冷指数和制热指数，第二种是欧洲、日本常用的月平均温度，第三种是累计温度及其他更为个性化的指数。对于我国指数设计可以向月度的日平均温度方向发展。第二个核心内容是合约代表的城市。温度指数合约并不是一个合约，而是几个城市的合约。如芝加哥商品交易所总共上市了十个城市的合约，从其发展情况看，其温度指数合约代表的城市数量在不断增加，这是因为城市设计的越多，对于保值企业可以做出更加完善的套期保值方案，对于投资者来说则可供选择的投资组合更丰富。在各类天气指标中，最具有标准化条件的是温度指数。芝加哥商品交易所交易最频繁的是月度HDD/CDD指数期货合约，合约乘数为20，单位为美元/指数，最小报价单位为1指数点（20美元/合约），月度HDD的合约月份为10月、11月、12月、1月、2月、3月、4月；月度CDD的合约月份与月度HDD相补充为;4月、5月、6月、7月、8月、9月、10月，周日17：00至周五15：15连续交易，每天15：15至17：00暂停交易，最后的交割时间为合约到期后至少两个自然日后的第一个交易日上午9：00，结算方式为现金结算，头寸限制为10000份数据为根据芝加哥商品交易所产品信息整理。除此之外，芝加哥商品交易所规定，所有投资者只能在寒冷月份交易制热指数期货合约，在酷热月份交易制冷指数合约，且所有的HDD和C数据为根据芝加哥商品交易所产品信息整理1.标的城市标的城市的选择对合约的设计十分关键。合格的标的城市应具备以下两个条件：(1)城市数据要精确且具有连续性。连续且精确的数据确保了合约的真实有效及稳定性；(2)标的城市有足够的对于管理天气风险的需求，以确保未来市场的流动性。芝加哥商品交易所于1999年率先上市第一个温度指数期货，该产品仅面向美国国内四个城市设置，随着后来的发展CME提供全球超47个城市的温度指数期货产品，根据地区不同，投资者偏好不同，提供的产品也大不相同。我国南北跨度大，因此要根据不同地区设计不同的合约，但针对每个城市都单独设计一个合理的合约显然难度很大，无法实现。因此我们在设计合约时可以考虑将我国划分不同区域，保证每个区域内的气温类似，差异不大。从目前大连商品交易所提供的信息来看，初步选定了哈尔滨、北京、上海、广州、武汉、和大连等六个城市。东北粮食主产区为例，沈阳、哈尔滨、长春、佳木斯、齐齐哈尔是粮食主产区比较中心的城市，通过分析温度波动率发现，这几个城市的温度变化相关性非常高，这就说明他们彼此可以代替，而在这些城市中哈尔滨温度的波动率又是最高的，也就是说该城市的温度风险在这些城市中是最大的，所以在东北粮食主产区中选择哈尔滨作为代表。由此，为我们提供了选择标的城市的其他思路：通过温度波动幅度、耕地面积、粮食产量、人口密度、煤气、电力的消耗量等标准选择标的城市。标的指数各类天气数据都可以作为合约的标的指数，例如：温度、降水量、降雪量等。在各类天气指标中，最具有标准化条件的是温度指数。温度指数衡量日平均气温与18.3摄氏度数据参考芝加哥商品交易所产品信息的偏离程度，其分类有很种，最为常见的是制热日指数(HDD)、制冷日指数(CDD)及累计温度指数。HDD/CDD指日平均温度和18.3摄氏度之间的差值与0摄氏度相比较下的最大值数据参考芝加哥商品交易所产品信息3.交易模式国外在衍生品交易初期是以场外模式进行，随着越来越多投资者进入市场，标准化的天气衍生品合约出现。对于我国目前情况而言，标准化合约对投资者具有更大的吸引力，一方面标准化合约具备的标准化条件可以吸引更多投资者参与交易，增加市场的流动性；另一方面，可以在一定程度上规避风险，保证交易顺利进行。4.保证金制度期货交易也蕴含着风险，交易者会通过保证金制度来规避风险。国内投资者对天气衍生品的了解程度不深，因此在进行温度指数期货交易时更为谨慎，为了促进交易，在进行合约设计时，可相应的提高保证金份额。(二)产品设计—以我国郑州市为例表2月度HDD/CDD指数合约Tab2MonthlyHDD/CDDindexfuturecontract合约要素要素内容合约标的HDD/CDD指数合约城市郑州市合约乘数每指数点100元人民币报价单位人民币/指数点最小报价单位1指数点（100元/合约）最小波动单位0.01摄氏度合约月份HDD：10月、11月、12月、1月、2月、3月CDD：4月、5月、6月、7月、8月、9月交易场所大连商品交易所最后交易日合约到期月后至多两个交易日内交易结算方式现金结算结算价格交割当月或近月HDD指数对应的名义价值保证金5%四、天气衍生品的应用目前，国外对于天气衍生品的应用分析已经涉及到多个领域，对一些行业也有了具体对冲风险的合约。例如：能源-对冲太阳能系统的云风险；气候-度、降雨；建筑业-冲建筑风险；旅游业-应对旅游中的气象风险等。在芝加哥商品交易所目前进行交易的种类除了温度指数之外，还涉及到了降雨、降雪、霜冻、及风速。我国对于天气衍生品的研究方面涉及到了多个领域。例如：海洋渔业-一方面，光、热、水等因素会影响海水养殖渔业的生产，光、热、水等条件适宜有利于鱼类的繁殖，从而提高了养殖渔业的生产量；另一方面，海霾和大风天气对海水渔业捕捞活动有重大影响，一方面，海霾影响了渔民的捕捞视野，捕捞效率大大降低；另一方面，大风天气多，海洋捕捞作业天数少，对产量影响大；雾霾-雾霾天气会使工人停工，相关企业停业，而以雾霾指数为标的的天气衍生品可以为收到雾霾天气影响的企业提供规避风险的选择；农业-农作物受天气影响程度是极大的，温度、降雨量、大风、干旱、霜冻等因素都会影响农作物的产量；除此之外，娱乐业等也受天气天气风险的影响，各种计划内的活动和影视的拍摄都具有规定的拍摄时间，一旦各种活动和影视拍摄受天气影响暂停或推迟，那么对于人力、物力及财力的损失都是巨大的。以下对产品应用进行举例分析：1.海洋渔业某水产品养殖基地每年10月份平均出产水产品6万吨，由于今年水产品繁殖期间水体温度低于适宜水平，其10月份水产品产量比平均下降10%，按照23/公斤数据为2021年10月16日青岛市水产品批发市场18种常见产品平均价格的平均价格计算，约损失13.8万，该养殖基地提前在期货市场中以515.00的点位卖出温度指数期货合约300份，由于实际温度低于水产品平均适宜温度，因此温度指数期货也呈下跌走势，该基地以510.00的点位平仓数据为2021年10月16日青岛市水产品批发市场18种常见产品平均价格2.建筑业某房地产公司与一建筑公司签订承包金额为200万元的合同，合同约定于今年10月份第二个工作日全部楼盘竣工验收，合同注明若遇突发状况，竣工期限不超过两个月，逾期两个月内交付合同金额的10%作为违约金，两个月以上交付合同金额20%的违约金。今年由于汛期较长，累计降雨量大，建筑公司于11月中旬才竣工交付验收，预计损失20万元。该建筑公司提前在期货市场中以430.00的点位卖出降雨指数期货合约500份，由于实际累计降雨量高于平均水平，因此降雨指数期货合约呈上涨走势，建筑企业以425.00的点位平仓，共获利35万元（假设降雨指数期货合约乘数为100），该建筑企业完全弥补了因逾期竣工受到的损失。3.农业某玉米生产基地于每年春、夏季进行播种，次年7—10月份收割，平均产量2000吨。由于去年冬季气温低于正常水平，使玉米遭受冻害严重，今年产量比平均水平降低10%，按照2737.70/数据参考中国农业信息网吨的平均价格计算，约损失54.754万元。该基地提前在期货市场中以515.00的点位卖出温度指数期货合约300份，由于实际温度低于平均水平，因此温度指数期货也呈下降趋势，生产基地于505.00的点位平仓，共获利30万元（假设温度指数期货合约乘数为100）。此外，该基地在卖出温度指数期货合约的同时，还在期货市场上以2894.00数据参考大连商品交易所2022年4月5日实时玉米期货价格的点位卖出180手（10吨/手）10月份的玉米期货，由于玉米遭受冻害，质量下降，价格也相应低于平均水平。以平均价格计算今年玉米卖出金额约为492.7万元，与之相比，玉米期货使该基地实际卖出金额为521万元，共获利约28.2数据参考中国农业信息网数据参考大连商品交易所2022年4月5日实时玉米期货价格综上，天气衍生品可以使投资者在一定程度上弥补因天气变化带来的亏损，结合传统的以实物进行交割的衍生品共同规避风险的效果相比较大。因此，推行天气衍生品一方面可以对冲天气风险，弥补损失；另一方面还能促进传统金融衍生品工具的完善。五、天气衍生品所含问题的对策研究(一)完善做市商制度做市商是指在证券市场上由具备一定实力和信誉的证券经营法人作为特许交易商，不断的向公众投资者报出某些特定证券的买卖价格，并在该价位上接受投资者的买卖要求，以其自有资金和证券与投资者进行交易。通过不断买卖可以维持市场的流动性，满足公众投资者的需求。(二)完善监管政策，加大政策支持力度保障交易双方安全可靠，保证衍生品交易行为透明。同时，引导资源有效配置到天气衍生品市场中，促进天气衍生品市场的完善与发展。(三)进行监测点的网络化布局天气指数使天气衍生品合约的基础，加快我国各个城市的天气指数的编制，保证为指数编制提供基础数据的来源真实可靠，并且具有连续性。(四)建立气象数据共享平台打破多方气象数据基础信息壁垒，开发各类气象数据查询服务平台，以便为投资者提供相应的数据信息，同时也为天气衍生品市场的长远发展奠定基础。(五)确定合理的定价方法具备合理价格的天气衍生品，可以在一定程度上吸引投资者交易，促进天气衍生品市场的长远发展。而对于衍生品的定价方法有很多种，例如：GRACH模型、均值回复模型、蒙特卡罗分析、ARMA模型、PDE模型等。各个模型在不同影响因素的分析下都具备各自的优劣势。因此，在选择定价模型时，要分析各因素的重要程度，以便对天气衍生品精准定价。(六)推行城市试点在合约设计完成后，可先对试点城市进行应用。一方面，使投资者增加对天气衍生品的了解程度；另一方面，结合试点城市的数据完善天气衍生品合约，以便推广到其他城市。(七)加大信息宣传力度各交易所建立天气衍生品信息查询平台，加大天气衍生品宣传力度，使投资者更深入了解天气衍生品这一金融工具的具体运作机制。

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