碳市场复杂系统价格波动机制与风险管理研究

发布时间：2020-10-29 09:56

　　 碳交易市场是应对气候变化成本有效手段,随着应对气候变化行动和国际碳市场迅速发展,碳市场及其金融属性已成为能源经济领域研究热点之一。碳市场价格波动涉及到多方面因素的综合影响,受气候变化谈判、金融危机等影响,具有非线性、不确定性、综合性和动态性等复杂系统的典型特征,碳价波动频繁,市场风险凸显。但是,现有相关文献对碳市场价格波动机制和风险的定量研究不够,研究方法局限于正态分布、线性回归等传统市场研究思路,在碳市场研究中反映了一定的局限性。 本文基于碳市场复杂系统的背景,围绕碳市场价格波动机制和风险管理两个主要问题,采用计量经济学、统计学和金融学等领域的理论方法和模型,定量描述了碳价的波动特征,分析了碳价的主要风险因素及其影响机制,系统地揭示了碳市场复杂系统风险管理的主要特征,并对碳市场进行风险管理的技术手段和成本进行了分析。 本文的主要研究工作和创新点包括以下几个方面： (1)基于碳价波动的复杂情况,引入分解序列能够很好地反映原价格特征的总体经验模态分解模型将碳价进行分解,从市场机制、异质性环境、温度三个角度分析碳价变化。研究表明碳价受到市场影响频率高,持续的时间较短,一般在20周以内,幅度一般在3欧元以内。异质性环境影响碳价频率低,持续时间较长,35周甚至更长,幅度较大,一般在6欧元甚至更高。同时,碳市场是温度敏感性市场,受季节性影响,呈现一种振幅式的运动。将碳价分解为低频数据和高频数据,这一思路能够较好的分析碳价的复杂走势。 (2)为了进一步分析碳价的波动规律,从非线性动力学观点出发，采用序列相关和方差比率分析碳价的随即游走性；采用R/S、修正R/S分析历史碳价对(?)的记忆性；采用混沌理论分析碳市场的内部机制对碳价波动的影响。从市场内部机制、市场的正负反馈机制、异制性环境三者的互动关系分析碳价波动的本因。研究发现,碳价基本不是随机游走性的,当前碳价没有完全包含着历史价格信息。碳价(Dec08)表现出短期记忆性,对未来价格的走势影响时间短。碳价波动内生的复杂性非线性动力学现象不明显,有部分混沌特性,具有部分市场特征和分形市场特征。价格波动一方面是市场机制的作用,而大幅度波动主要是异质性环境冲击的影响。 (3)引入市场投资者的预期收益和投资尺度，通过Zipf技术研究不同预期收益和投资时间尺度下碳价波动行为。研究发现,碳价的上涨和下跌概率是不对称的,在高预期收益率和较长投资时间内,下跌概率略高于上涨概率。不同预期收益率的投资者对于价格的认知不同,在较低的预期收益率下,碳价的涨跌受到了市场机制、季节性、异质性事件的影响,碳价的变化也是较为清晰的,而在高预期收益率下,投资者对碳价变动认知较不稳定,风险较大。 (4)针对碳市场现货和期货价格相依性,盟DCC-GARCH对碳市场现货和期货相依性进行动态分析，并采用结构性断点检测模型分析碳市场主要重大事件，运用COPULA函数分系重大事件前后市场现货和期货相依性变化情况。研究结果表明现货和期货相依性很强,期货价格波动对现货价格的解释能力在50%以上。重大事件对现货和期货相依性有较明显的改变,较大的影响了现货和期货相依性,在第一阶段初期到末期过程中,相依性呈现增强到减弱的趋势性特征；在第二阶段金融危机发生后,相依性呈现较大的减弱趋势。表明了碳市场的发展受到特殊性事件影响较大。 (5)针对碳市场风险问题,将在险值引入到碳市场的风险度量中，突出了有效买哦书碳市场风险的手段；运用极值得理论对碳价分先暴露程度进行分析，度量碳市场静态VaR,运GARCH模型对现货市场和期货市场碳价收益率波动进行建模，计算动态VaR,同时比较了EVT理论和传统VaR对于碳市场风险度量的有效性。研究发现,碳市场的下跌风险高于上涨风险。现货市场和期货市场第一阶段上涨和下跌风险高于第二阶段。同一阶段内现货和期货上涨和下跌风险较为相近。研究结果显示,本文所采用的EVT处理后的静态VaR和动态VaR,均要比银行界普遍使用的传统方法更为有效,可以有效降低碳市场参与者所面临的风险。GARCH-EVT-VaR可以有效的描述EU ETS的市场风险。 (6)针对碳市场的流动性风险问题,本文首次用交易价差、交易量、换三率等量纲构建了碳市场流动性指标，分析了碳市场流动性等险。运用广义帕累托分布和Copula函数分析市场风险和流动性风险的相依性以及风险集成值。研究发现,碳市场的市场风险和流动性风险相依性较弱。受市场规模限制,碳市场目前的市场流动性风险较小,当前阶段,碳市场面临的主要是市场风险。但忽视市场流动性会低估碳市场面临风险,每份合约在一日内面临的流动性风险会达到市场风险的9%,而持有合约数较多的投资者,面临的流动性风险会大大增加。随着碳市场的容量增大,将有助于降低流动性风险,但随着交易者增加,换手率变小,流动性风险仍不可忽视。 (7)根据碳市场参与主体的多样性,套期保值者的行为特征决定着套期保值的目标函数。从行为金融学角度度出发,运用失望压恶非期望效用模型研究失望厌恶和风险厌恶对期货最优套期保值策略的影响，并进一步模拟分析了碳市场进行套期保值成本。结果表明以方差最小化的套期保值在第一阶段作用微弱,套期保值比在0.1左右。第二阶段套期保值比在0.4左右。碳市场最优套期保值比低于一般市场。碳市场上,失望厌恶和风险厌恶系数极大或者极低时,对市场的判断容易产生偏差。失望和风险厌恶变大时,投资收益参考点会下降。同时,碳市场价格趋势影响投资者收益的心理预期,调整好投资心态有利于市场操作。失望厌恶与风险厌恶之间替代效应不明显。随着风险厌恶的减小,失望厌恶不一定会增大。失望厌恶和风险厌恶会改变投资者的最优投资策略。模拟表明碳市场上期货与现货的收益率序列并不存在线性相关性。目前期货市场尚不能很好的为现货市场提供套期保值的功能。 通过以上研究,有助于进一步加深对碳市场复杂系统价格波动机制和风险管理的认识和理解,为碳价预测、碳市场风险管理提供信息支持,为市场监管者、投资者等有关机构的决策提供参考依据和政策支持。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：F224;F205
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 二氧化碳排放与温室效应
        1.1.2 碳排放贸易与碳市场的产生
        1.1.3 欧盟排放交易体系（欧盟碳市场）介绍
        1.1.4 碳市场价格波动机制及风险管理
    1.2 碳市场波动机制与风险管理的内涵
    1.3 研究综述
        1.3.1 碳市场复杂系统主要特征研究
        1.3.2 碳价与能源价格互动关系研究
        1.3.3 碳价市场属性及与金融市场关系研究
        1.3.4 宏观经济对碳市场影响
        1.3.5 天气等其他因素对碳价的影响
        1.3.6 机制设计与配额分配对碳市场的综合影响
        1.3.7 碳市场风险度量与风险溢出研究
        1.3.8 主要启示
    1.4 研究意义、目的和总体框架
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究意义
        1.4.3 论文总体框架
第2章 基于EEMD的碳价波动因素分析
    2.1 引言
    2.2 影响因素假设和方法
        2.2.1 影响碳价变动的假设
        2.2.2 方法
    2.3 数据来源和处理
    2.4 研究结果分析与讨论
        2.4.1 碳价EEMD统计分析
        2.4.2 市场机制对碳价波动的影响
        2.4.3 异质性环境对碳价波动的影响
        2.4.4 季节性变化对碳价的影响
        2.4.5 碳价历史变化的总体趋势
        2.4.6 碳价波动季节性影响的鲁棒性分析
    2.5 研究结论
    2.6 本章小结
第3章 碳价波动机理研究
    3.1 引言
    3.2 研究模型和方法
        3.2.1 随机游走模型
        3.2.2 R/S分析
        3.2.3 ARFIMA模型
        3.2.4 混沌分析方法
    3.3 数据来源与处理
    3.4 结果分析与讨论
        3.4.1 历史价格信息对当前价格的影响
        3.4.2 碳市场历史价格对碳价未来走势影响力分析
        3.4.3 碳市场内部机制对碳价波动影响力分析
    3.5 碳价波动原理分析
        3.5.1 碳市场内部机制对碳价波动影响分析
        3.5.2 异质性环境对碳市场机制的冲击力
    3.6 研究结论
    3.7 本章小结
第4章 投资尺度和预期收益对碳价影响研究
    4.1 引言
    4.2 数据来源与处理
    4.3 模型
        4.3.1 基于Zipf方法的碳价动态变化模型
        4.3.2 预期收益和投资尺度参数设置
    4.4 期望收益和投资尺度对碳价的影响分析
        4.4.1 不同期望收益下的碳价波动分析
        4.4.2 不同投资尺度下的碳价波动分析
    4.5 研究结论
    4.6 本章小结
第5章 碳市场现货与期货风险相依性研究
    5.1 引言
    5.2 方法
        5.2.1 DCC-GARCH
        5.2.2 广义帕累托分布
        5.2.3 Copula函数
    5.3 数据来源和结构性断点分析
    5.4 结果分析与讨论
        5.4.1 基于DCC-GARCH的碳现货和期货动态相关分析
        5.4.2 基于Copula函数的碳现货与期货价格相关性分析
    5.5 研究结论
    5.6 本章小结
第6章 基于极值理论的碳市场风险度量
    6.1 引言
    6.2 模型
        6.2.1 VaR模型
        6.2.2 GARCH模型
        6.2.3 Extreme Value Theory模型
        6.2.4 Peak Over Threshold模型
        6.2.5 静态和动态VaR模型的计算和Backtesting
    6.3 数据来源与处理
    6.4 结果分析与讨论
        6.4.1 碳市场收益率统计特征
        6.4.2 碳市场静态VaR计算
        6.4.3 碳市场动态VaR的计算
    6.5 研究结论
    6.6 本章小结
第7章 市场风险与流动性风险相依性和风险集成
    7.1 引言
    7.2 理论与方法
        7.2.1 流动性风险和市场风险集成指标构建
        7.2.2 VaR计算及backtesting
        7.2.3 广义帕累托分布
        7.2.4 Copula
    7.3 数据来源与处理
    7.4 结果分析与讨论
        7.4.1 碳市场的EVT-VaR
        7.4.2 流动性风险和市场风险相依性
        7.4.3 流动性风险与市场风险集成
    7.5 研究结论
    7.6 本章小结
第8章 碳市场现货期货套期保值比研究
    8.1 引言
    8.2 方法
        8.2.1 最优套期保值比模型
        8.2.2 套期保值成本模型
    8.3 数据来源与处理
    8.4 结果分析与讨论
        8.4.1 投资人偏好对套期保值的影响
        8.4.2 套期保值成本分析
        8.4.3 经验分析
    8.5 研究结论
    8.6 本章小结
第9章 全文研究总结
    9.1 主要研究结论
    9.2 对EUETS的评价及对我国碳交易市场建设的启示
        9.2.1 对EU ETS的评价
        9.2.2 基于EU ETS经验的我国碳排放交易的思考
    9.3 主要创新点
    9.4 未来研究工作展望
参考文献
附录1 Bai和Perron断点检测模型
附录2 Peak Over Threshold阈值选择
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

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本文编号：2860739