氣溫期權(quán)設(shè)計(jì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氣象風(fēng)險(xiǎn)的適用性研究

王若凡+鄧佳穎+劉彥

摘要：氣溫期權(quán)是一種新型金融衍生產(chǎn)品類風(fēng)險(xiǎn)管理工具，可用于規(guī)避氣溫的波動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失。以江蘇省泗洪地區(qū)為例，結(jié)合當(dāng)?shù)啬称髽I(yè)稻米生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀，建立隨機(jī)氣溫模型，設(shè)計(jì)平均氣溫指數(shù)期權(quán)合約，論證了氣溫指數(shù)期權(quán)適用于規(guī)避農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的氣象風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：氣溫期權(quán)；氣溫模擬模型；農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險(xiǎn)

一、研究背景及意義

農(nóng)業(yè)作為第一產(chǎn)業(yè)，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的產(chǎn)業(yè)部門，其重要性不言而喻。工業(yè)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，投入大量物質(zhì)和能源，促進(jìn)了生產(chǎn)力的大幅提高，但同時(shí)也帶來了能源枯竭、環(huán)境污染和生態(tài)失調(diào)等嚴(yán)重的社會(huì)問題。其中，長(zhǎng)時(shí)間的生態(tài)失調(diào)與環(huán)境污染導(dǎo)致的氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響十分顯著，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的氣象風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加。農(nóng)業(yè)受自然災(zāi)害影響大，范圍廣，降水、高溫、降雪，這種非災(zāi)難性災(zāi)害都有可能影響農(nóng)作物的收獲面積和生產(chǎn)收益，而傳統(tǒng)的保險(xiǎn)行業(yè)卻不能提供非災(zāi)難性保險(xiǎn)，而天氣衍生品可以為這一問題的解決提供有效辦法。早在1999年，美國(guó)芝加哥商業(yè)交易所（CME）就正式掛牌交易了天氣衍生金融工具。正如一般套期保值者使用傳統(tǒng)的金融衍生品規(guī)避利率、股票和外匯等系統(tǒng)性金融風(fēng)險(xiǎn)一樣，面臨天氣風(fēng)險(xiǎn)的各類主體也利用天氣衍生品來規(guī)避天氣風(fēng)險(xiǎn)。

天氣衍生品是金融產(chǎn)品創(chuàng)新到高級(jí)階段的產(chǎn)物， 自出現(xiàn)以來，在全球尤其是歐美證券市場(chǎng)上得到快速發(fā)展，表現(xiàn)在交易品種的增加，交易的地理范圍擴(kuò)大，成交量增長(zhǎng)迅速，而在我國(guó)金融市場(chǎng)，天氣衍生品的發(fā)展仍處于初級(jí)階段。

徐懷禮通過闡述國(guó)外天氣衍生品市場(chǎng)現(xiàn)狀，提出了將天氣衍生品應(yīng)用于我國(guó)農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的必要性。李永等在O-U模型的基礎(chǔ)上，與時(shí)間序列模型相結(jié)合的方法對(duì)天氣衍生品定價(jià)展開了有效的研究。

我國(guó)幅員遼闊，天氣情況在不同地區(qū)間的差異較大，氣溫和降水量等主要天氣指標(biāo)的年變化幅度明顯，具有很強(qiáng)的不確定性。隨著全球氣候變暖，氣溫逐步升高，這一趨勢(shì)正在嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。查閱了近50年的全國(guó)氣溫平均值后，根據(jù)數(shù)據(jù)制作了近50年來全國(guó)氣溫距平值（平均值與總平均值的差值）變動(dòng)情況，如圖1所示。

可見，90年代后期以來，溫度的變化較以往更大。這些都使得一些對(duì)天氣條件依賴嚴(yán)重的產(chǎn)業(yè)，如農(nóng)業(yè)，其經(jīng)濟(jì)規(guī)模面臨較大的天氣風(fēng)險(xiǎn)。開發(fā)與研究天氣衍生產(chǎn)品，并運(yùn)用到企業(yè)生產(chǎn)中，助其規(guī)避農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險(xiǎn)已勢(shì)在必行。

本文選取江蘇省泗洪地區(qū)為研究區(qū)域，收集此地區(qū)近20年日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，并采訪了當(dāng)?shù)啬炒笮偷久咨a(chǎn)企業(yè)，對(duì)其近十年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)品種，經(jīng)營(yíng)狀況進(jìn)行初步分析，以此為樣本，對(duì)天氣衍生品（下指氣溫期權(quán)）在規(guī)避農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險(xiǎn)中的有效性作出驗(yàn)證并提出相應(yīng)建議。

二、江蘇省泗洪縣氣溫變化描述性統(tǒng)計(jì)

江蘇泗洪地區(qū)的日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)可以從中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)內(nèi)的中國(guó)地面國(guó)際交換站氣候資料日值數(shù)據(jù)集中獲得。我們整理了1995年至2015年之間的月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，建立時(shí)間序列模型，如圖2所示。

泗洪地區(qū)氣溫時(shí)序圖顯示，氣溫沒有明顯的趨勢(shì)變化，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單位根檢驗(yàn)（ADF），結(jié)果如下：

Augmented Dickey-Fuller Test

data： ts1

Dickey-Fuller = -14.807， Lag order = 6， p-value = 0.01

alternative hypothesis： stationary

p-value smaller than printed p-value

P值小于0.01，因此此氣溫序列可以視為平穩(wěn)序列。

對(duì)上述平穩(wěn)序列建立ARMA模型，得到結(jié)果如下：

Call：arma（x = ts1）

Coefficient（s）：

ar1 ma1 intercept

0.7906 0.5756 3.1955

由此，得到氣溫模擬公式ARMA（1，1）為：

at=3.1955+0.7906at-1+0.5756εt-1+εt

根據(jù)得到的氣溫模擬公式，可得2016年1至12月的月平均氣溫。根據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)共享服務(wù)網(wǎng)已有的公開資料顯示，泗洪地區(qū)2016年4月份與5月份的平均氣溫分別為17.7，20.7攝氏度。相應(yīng)的模型預(yù)測(cè)值為15.8與21.4，誤差為10.2%與3.7%，總體來看，模型的預(yù)測(cè)效果良好。

三、傳統(tǒng)期權(quán)模型與氣溫期權(quán)模型概述

（一）Black-Scholes模型

以歐式看漲期權(quán)為例，在時(shí)刻0買方與賣方有一個(gè)合約，按此合約規(guī)定買方有一項(xiàng)權(quán)利，能在時(shí)刻T（到期日）以價(jià)格K（執(zhí)行價(jià)）從賣方買進(jìn)股票。如果時(shí)刻T股票的市場(chǎng)價(jià)格低于執(zhí)行價(jià)格K，買方可以拒絕支付執(zhí)行價(jià)；如果時(shí)刻T股票的市場(chǎng)價(jià)格高于執(zhí)行價(jià)格K，買方就一定會(huì)選擇支付執(zhí)行價(jià)同時(shí)獲得高價(jià)格的股票，期權(quán)被執(zhí)行。

然而，傳統(tǒng)的Black-Scholes模型并不能適用于天氣衍生產(chǎn)品定價(jià)，原因之一是天氣走勢(shì)并不像各類資產(chǎn)的價(jià)格一樣遵循隨機(jī)游走的原則，天氣變量如降雨量和溫度通常會(huì)在歷史水平下在相對(duì)較窄的范圍內(nèi)波動(dòng)。另外一個(gè)原因是，Black-Scholes期權(quán)的賠付取決于合約到期日其基礎(chǔ)資產(chǎn)的價(jià)值，而天氣衍生品的標(biāo)的指數(shù)通常是一段時(shí)期內(nèi)天氣變量的累計(jì)值或平均值，可以理解為平均價(jià)格期權(quán)。

（二）氣溫期權(quán)概述

1. 合約標(biāo)的指數(shù)的確定

溫度指數(shù)期貨是現(xiàn)階段天氣衍生品市場(chǎng)中交易量最大并且發(fā)展最為成熟的一種天氣衍生品合約。在國(guó)際市場(chǎng)上，溫度指數(shù)通常是指取暖指數(shù)（HDD）與制冷指數(shù)（CDD），在溫度指數(shù)計(jì)算時(shí)，美國(guó)參照的基準(zhǔn)線是華氏65度，相當(dāng)于攝氏18.33度，即當(dāng)溫度低于基準(zhǔn)線時(shí)，取暖需求增加，形成日HDD。

查閱資料顯示，江蘇淮北地區(qū)水稻的適宜生長(zhǎng)溫度如表1所示。

由此，本文選取生長(zhǎng)期最適宜的平均氣溫作為基準(zhǔn)線，標(biāo)的指數(shù)為生長(zhǎng)期平均氣溫指數(shù)（包括平均取暖指數(shù)AHDD與平均制冷指數(shù)ACDD）。若是日平均氣溫，以第一個(gè)生長(zhǎng)期為例，即：

HDDi=max{0，21-ADTi }

CDDi=max{0， ADTi-21}

我們可以更好的理解為，當(dāng)每天的平均氣溫低于一季稻適宜的生產(chǎn)氣溫時(shí)，取暖需求相應(yīng)增加，對(duì)應(yīng)取暖需求看漲。在此基礎(chǔ)上形成了累積的取暖指數(shù)AHDD，n為時(shí)間段的天數(shù)：

AHDD=∑HDDi （i=1，2…….n）

同理也可以得出累積的制冷指數(shù)ACDD。

本文選取自定義的生長(zhǎng)期累積平均氣溫指數(shù)即AHDD和ACDD作為氣溫期權(quán)的標(biāo)的指數(shù)進(jìn)行研究。

2. 合約規(guī)模及月份

一個(gè)適度水平的合約規(guī)模有利于增強(qiáng)衍生品合約的流動(dòng)性，芝加哥商業(yè)交易所的制暖指數(shù)期貨合約的合約乘數(shù)為100美元，考慮到我國(guó)企業(yè)的參與熱情與財(cái)務(wù)狀況，本文中規(guī)定我國(guó)的氣溫期權(quán)合約乘數(shù)為1500元人民幣，即若AHDD指數(shù)為100時(shí)，這份合約的名義價(jià)值為100*1500=150000元人民幣。

此合約應(yīng)用于農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險(xiǎn)，因此合約的月份應(yīng)有效覆蓋農(nóng)作物的生長(zhǎng)期與氣象風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)發(fā)生的時(shí)期，根據(jù)表1的生長(zhǎng)期分布，應(yīng)該選取每年的5～9月作為合約月份，若更細(xì)分，可以售賣5份單獨(dú)的合約，合約時(shí)間與每一段生長(zhǎng)期相對(duì)應(yīng)。

3. 執(zhí)行價(jià)格

基于氣溫指數(shù)的期權(quán)合約的執(zhí)行價(jià)格是交易雙方事先約定的執(zhí)行氣溫指數(shù)。在傳統(tǒng)的期權(quán)交易中，標(biāo)的物到期日價(jià)格接近期權(quán)執(zhí)行價(jià)格，然而氣溫本身不是商品，它沒有交易價(jià)格，因此，我們需要制定執(zhí)行氣溫指數(shù)，它由合約到期日的實(shí)際氣溫?fù)Q算而來。利用已經(jīng)建立的上述氣溫模型ARMA（1，1）進(jìn)行預(yù)測(cè)，例如，我們很容易得到2016年5月的每日?qǐng)?zhí)行平均氣溫為21.4攝氏度，換算為平均氣溫指數(shù)AHDD與ACDD為46與25.1（此即執(zhí)行價(jià)格）。

4. 期權(quán)履約方式

基于氣溫指數(shù)的期權(quán)屬于歐式期權(quán)，買方只能在期權(quán)的執(zhí)行日期行使執(zhí)行的權(quán)利，不能提前執(zhí)行。根據(jù)期權(quán)合約執(zhí)行日期公布的天氣記錄，期權(quán)合約即可立即結(jié)算。氣溫指數(shù)期權(quán)合約可以分為氣溫指數(shù)看漲期權(quán)合約與氣溫指數(shù)看跌期權(quán)合約。氣溫指數(shù)看漲期權(quán)可以使持有者有權(quán)獲得當(dāng)合約到期時(shí)由于實(shí)際平均氣溫指數(shù)高于執(zhí)行氣溫指數(shù)而產(chǎn)生的收益，這份收益可以用來彌補(bǔ)由于氣溫變化而產(chǎn)生的生產(chǎn)損失，我們也可以稱它為損失補(bǔ)償，以5月合約中的AHDD指數(shù)為例，損失補(bǔ)償為：

FT=合約乘數(shù)*（∑max{0，21-ADTi}-46）

=合約乘數(shù)*（AHDD-46） （i=1，2….n）

氣溫指數(shù)看跌期權(quán)可以使持有者有權(quán)避免當(dāng)合約到期日時(shí)由于實(shí)際平均氣溫指數(shù)低于執(zhí)行氣溫指數(shù)而產(chǎn)生的損失，以5月合約中的ACDD指數(shù)為例，其避免的損失為：

FT=合約乘數(shù)*（25.1-∑max{0，ADTi-21}）

=合約乘數(shù)*（25.1-ACDD）

（i=1，2….n）

5. 整體合約框架

根據(jù)以上闡述，擬定了我國(guó)氣溫指數(shù)期權(quán)合約大致整體框架。一份完整的氣溫指數(shù)期權(quán)合約應(yīng)同時(shí)包括AHDD指數(shù)與ACDD指數(shù)，如表2所示。

四、基于平均氣溫指數(shù)期權(quán)合約的農(nóng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)沖適用性驗(yàn)證

以江蘇省泗洪地區(qū)某稻谷生產(chǎn)商為例說明平均氣溫指數(shù)期權(quán)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的應(yīng)用。此生產(chǎn)商生產(chǎn)品種為淮稻，每年生長(zhǎng)期限為5至9月。我們假定生產(chǎn)者購(gòu)買了一份2016年5月份的平均氣溫指數(shù)看漲期權(quán)合約，根據(jù)我們擬定的平均氣溫指數(shù)期權(quán)合約與2016年5月的實(shí)際日平均氣溫，計(jì)算得出2016年5月的實(shí)際平均氣溫指數(shù)AHDD為39.7，低于執(zhí)行價(jià)格46，即2016年5月期間的平均取暖需求不足，生產(chǎn)者選擇不執(zhí)行期權(quán)，僅損失期權(quán)費(fèi)用權(quán)利金；當(dāng)合約到期時(shí)，實(shí)際平均氣溫指數(shù)ACDD為31.2，而執(zhí)行價(jià)格為25.1，即制冷需求增加，ACDD看漲，生產(chǎn)者可以獲得的氣溫期權(quán)收益為（31.2-25.1）*1500元=9150元。

制冷需求的增加說明2016年5月的平均氣溫偏高，這對(duì)一季稻的生長(zhǎng)是不利因素，過早的高溫容易導(dǎo)致今后的一季稻減產(chǎn)損失，生產(chǎn)者通過購(gòu)買一份2016年5月份的平均氣溫指數(shù)期權(quán)合約，可以有效的減少由于氣溫變化而帶來的生產(chǎn)損失。具體的氣溫期權(quán)購(gòu)買策略，應(yīng)該由生產(chǎn)者根據(jù)農(nóng)作物產(chǎn)量、對(duì)今后氣溫變化經(jīng)驗(yàn)判斷以及對(duì)稻谷生產(chǎn)的培育手法綜合制定，這里只為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供了一種新型的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的思路。

例如本文所采訪的江蘇省泗洪地區(qū)當(dāng)?shù)啬炒笮偷久咨a(chǎn)企業(yè)，種植淮稻的年凈利潤(rùn)區(qū)間為1500萬元至3000萬元，一份氣溫期權(quán)合約的價(jià)值可以達(dá)到人民幣1500元*46+1500元*25.1=106650元，占凈利潤(rùn)的0.7%，若一份合約避免的損失為文中的9160元，占年凈利潤(rùn)0.06%，對(duì)于生產(chǎn)者來說，期權(quán)合約的價(jià)值占總產(chǎn)值之比，以及權(quán)利金的支付額度，都是氣溫期權(quán)在實(shí)際運(yùn)用中需要考慮的重要因素，這會(huì)影響決策者是否認(rèn)為有必要投入氣溫期權(quán)以及其他類天氣衍生品。

五、研究結(jié)論與政策建議

我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中利用氣溫期權(quán)來規(guī)避氣象風(fēng)險(xiǎn)理論上是可行有效的，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者可以根據(jù)對(duì)天氣變化情況的預(yù)測(cè)或經(jīng)驗(yàn)判斷，選擇是否購(gòu)買平均氣溫指數(shù)期權(quán)合約，以此來減輕由于天氣變化對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)造成的不利影響。這樣，即使由于農(nóng)作物減產(chǎn)導(dǎo)致經(jīng)營(yíng)損失，可以通過期權(quán)市場(chǎng)上獲得的收益來彌補(bǔ)，若天氣情況適宜農(nóng)作物生產(chǎn)，那么良好的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)足以支付一筆權(quán)利金來使生產(chǎn)獲得保障。

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展，氣候環(huán)境的日益嚴(yán)峻，我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)也朝著更加復(fù)雜多元化的趨勢(shì)發(fā)展，農(nóng)業(yè)作為第一生產(chǎn)力，應(yīng)該積極應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)，本文只是列舉了其一，利用氣溫期權(quán)來減輕氣象風(fēng)險(xiǎn)所帶來的損失。天氣衍生品對(duì)于我國(guó)保障農(nóng)業(yè)繁榮穩(wěn)定發(fā)展的意義巨大，潛力仍未被充分挖掘，在我國(guó)適時(shí)推出此天氣指數(shù)類衍生品有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文就此給出以下建議：1.加強(qiáng)天氣類衍生品的宣傳力度，擴(kuò)大交易標(biāo)的范圍與參與主體。2.完善天氣衍生品合約的制定，出臺(tái)相應(yīng)的法律法規(guī)，建立規(guī)范有序的交易市場(chǎng)。3.繼續(xù)深入對(duì)天氣衍生品的研究。對(duì)標(biāo)的指數(shù)的選擇，合同價(jià)值的約定以及權(quán)利金的定價(jià)，應(yīng)該以符合中國(guó)國(guó)情為目標(biāo)，而不照搬國(guó)外現(xiàn)狀。

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*本文為江蘇省2016年大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“氣溫期權(quán)設(shè)計(jì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氣象風(fēng)險(xiǎn)的適用性研究（SYB2016012）”的結(jié)題研究成果。

（作者單位：南京郵電大學(xué)理學(xué)院）