基于分形市場假說的全國試點(diǎn)碳交易市場有效性研究

寧若宇， 劉伊生

(北京交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 北京100044)

2017年12月19日，中國正式宣布啟動全國碳市場建設(shè)，標(biāo)志著一個比歐盟碳排放權(quán)交易體系(EU ETS)更大的碳市場將在全球最大的發(fā)展中國家中逐步建立。深圳、北京、上海、廣東、天津、湖北、重慶以及福建8個碳交易場所先后運(yùn)行，未來全國范圍碳市場也有望成為世界上最大的單體市場。中國正逐漸成為全球應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排這一艱難征程中的引領(lǐng)者[1]。

現(xiàn)階段全國碳交易市場的建設(shè)工作正處于從試點(diǎn)地區(qū)向全國范圍過渡的關(guān)鍵時期。試點(diǎn)地區(qū)碳交易市場運(yùn)行至今已有數(shù)年，對其運(yùn)行情況與市場有效性進(jìn)行研究將會為建設(shè)統(tǒng)一碳市場提供重要的參考價值。本文基于分形市假說理論，采用重標(biāo)極差分析法(R/S分析法)計算Hurst指數(shù)來分析8個試點(diǎn)碳交易市場價格時間序列的游走特征，進(jìn)而對市場的有效性進(jìn)行判斷，并基于實(shí)證結(jié)果指出目前試點(diǎn)地區(qū)碳交易市場存在的問題，為建設(shè)全國統(tǒng)一碳交易市場提出政策建議與改進(jìn)思路。

1 研究綜述

1.1 分形市場假說

有效市場理論由尤金·法瑪在1970年提出，其基本內(nèi)涵是股票市場中的投資者除非采用非正常的操縱手段，否則不可能通過分析以往價格獲得高于市場平均水平的超額利潤[2]。在法瑪?shù)睦碚撓?，市場上的信息被分?類，包含過去所有信息的歷史信息、所有被公布的公開信息以及內(nèi)幕信息。市場對應(yīng)地也被分為3類，弱式有效市場、半強(qiáng)式有效市場以及強(qiáng)式有效市場。

有效市場理論對于現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)的初期發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，成了許多理論發(fā)展的基礎(chǔ)，但由于其線性結(jié)構(gòu)的假設(shè)前提，導(dǎo)致無法解釋許多異象情況，因此非線性分析方法開始出現(xiàn)，分形市場假說就是其中代表之一。該假說認(rèn)為，不同投資者對于市場信息的反應(yīng)是不同的，在不同的投資時點(diǎn)以及對同一信息產(chǎn)生的不同理解都會造成反應(yīng)的不同，即市場對信息的反應(yīng)會呈現(xiàn)出非線性的特點(diǎn)。反映到價格上表現(xiàn)為價格的變動不是獨(dú)立的，會出現(xiàn)有偏的隨機(jī)游走現(xiàn)象。

R/S分析法是分形市場假說下檢驗(yàn)市場有效性的常用方法，通過計算出Hurst指數(shù)分析價格時間序列的游走特征，從而判斷市場有效性的強(qiáng)弱[3]。時序數(shù)據(jù)的Hursr指數(shù)分布在0～1之間，以0.5為間隔分為3種類型：①當(dāng)0

分形市場假說在檢驗(yàn)市場有效性方面已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，金玉通過運(yùn)用R/S方法計算Hurst指數(shù)發(fā)現(xiàn)滬深300股指期貨的收益率以及波動率序列在日數(shù)據(jù)上沒有表現(xiàn)出明顯的長期相關(guān)性,這表明滬深300股指期貨市場在日數(shù)據(jù)上為一個弱式有效市場，而5 min數(shù)據(jù)上的滬深300股指期貨波動率序列存在明顯的長期相關(guān)性,這表明中國滬深300股指期貨的當(dāng)前價格波動仍然受歷史信息的影響,因此股指期貨市場的有效性仍需要提高[4]。邢曉婷同樣通過計算Hurst指數(shù)發(fā)現(xiàn)WTI期貨收益率時間序列具有長期記憶性特征,美國原油期貨市場存在分形市場結(jié)構(gòu)特征[5]。

1.2 碳交易市場有效性

由于國內(nèi)碳交易市場相較于國外起步較晚，因此國內(nèi)學(xué)者對于市場有效性方面的研究在早期一般都以國外市場為研究對象。高瑩等利用小波分析、VAR模型等方法對歐盟碳市場的運(yùn)行機(jī)制、價格波動以及市場有效性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明歐盟碳市場的發(fā)展預(yù)期受到宏觀經(jīng)濟(jì)影響較大，價格波動特征體現(xiàn)出了一定的有效性[6]。劉靜等采用高階DFA分析法對歐盟碳交易市場的兩個主要產(chǎn)品CER和EUA進(jìn)行有效性研究，結(jié)果表明兩種產(chǎn)品的收益率序列都存在著狀態(tài)持續(xù)性，即歐盟碳交易市場服從有偏的隨機(jī)游走，不是有效市場[7]。

隨著國內(nèi)試點(diǎn)市場的運(yùn)行，針對單一試點(diǎn)市場有效性的研究逐漸豐富。劉海燕等通過方差比率檢驗(yàn)研究北京碳排放權(quán)交易市場有效性，結(jié)果表明北京市場尚未達(dá)到弱式有效[8]。同樣針對北京試點(diǎn)市場，王揚(yáng)雷等通過對碳資產(chǎn)收益率進(jìn)行R/S檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)北京市場碳排放權(quán)價格序列存在記憶特性,并且碳資產(chǎn)的收益率序列具有顯著的相關(guān)性[9]。呂靜燁等以湖北碳排放權(quán)交易市場963個日收盤價格組成的收益率序列建立GARCH-M模型分析發(fā)現(xiàn)，該序列不滿足隨機(jī)游走，并且其波動積聚的特點(diǎn)表明湖北市場也未達(dá)到弱式有效的條件[10]。

從過往文獻(xiàn)來看，針對國內(nèi)碳市場的研究主要集中在初始配額分配與運(yùn)行機(jī)制上，現(xiàn)有的針對市場有效性的研究也大多以單一市場為例，并未能對全部試點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行綜合對比。而在研究方法上，分形市場假說往往集中運(yùn)用于股票、期貨市場研究，少于學(xué)者將其運(yùn)用于碳交易市場?；诖吮疚脑诟髟圏c(diǎn)市場碳價數(shù)據(jù)已有一定積累的基礎(chǔ)上，通過計算各試點(diǎn)市場Hurst指數(shù)方程，并對其進(jìn)行檢驗(yàn)，達(dá)到對試點(diǎn)市場有效性的實(shí)證研究，以期為中國統(tǒng)一碳市場的建立提供建議。

2 試點(diǎn)地區(qū)碳交易市場有效性實(shí)證分析

2.1 數(shù)據(jù)說明及處理

采用全國8個試點(diǎn)碳交易市場自開市以來至2020年11月10日每個交易日收盤價作為原數(shù)據(jù)序列(數(shù)據(jù)來源：Wind金融客戶終端)。其中，深圳試點(diǎn)市場開放時間最早，自2013年6月18日以來至數(shù)據(jù)截止日序列長度達(dá)到1 616，8個市場中除2017年1月9日才開放的福建市場外，其余7組試點(diǎn)市場序列長度都在1 500左右，如表1所示，基本符合R/S分析法所需原數(shù)據(jù)序列長度要求。

表1 試點(diǎn)碳交易市場價格樣本

此外，通過對試點(diǎn)地區(qū)碳交易市場每日交易情況進(jìn)行初步分析，發(fā)現(xiàn)除湖北、廣州、北京外，其他地區(qū)碳交易市場活躍度較低，有些地區(qū)出現(xiàn)了連續(xù)幾日無交易而導(dǎo)致價格沒有發(fā)生變化的現(xiàn)象。而在價格方面，也與過往研究中測算的中國碳排放社會平均成本170元/t相差甚遠(yuǎn)[11]。因此，初步判斷中國的碳交易市場雖然在體量上具備一定規(guī)模，之后的發(fā)展也潛力巨大，但現(xiàn)階段仍未達(dá)到有效市場的水平。

2.2 有效性評估模型

基于分形市場假說，利用R/S分析法計算Hurst指數(shù)對市場有效性進(jìn)行評價的基本步驟為取得市場連續(xù)收盤價、對序列進(jìn)行處理、取得指數(shù)方程、通過指標(biāo)分析進(jìn)而得到評價結(jié)論，具體流程如圖1所示。

圖1 有效性評估模型

下面以湖北碳交易試點(diǎn)市場為例(圖2)，展示Hurst指數(shù)具體計算原理，所有過程通過Python編程實(shí)現(xiàn)。

圖2 湖北市場每日收盤價

1)輸入數(shù)據(jù)長度為M(湖北市場為1 537)的收盤價序列。將它取對數(shù)、做差分，變成長度為N=M-1的對數(shù)差分序列，即

(1)

這樣就把輸入的價格序列轉(zhuǎn)化為了對數(shù)收益率序列。

2)將長度為N的對數(shù)收益率序列等分為A個子集，每個子集的長度為n=N/A。計算每個子集的均值，記為ea,a=1,2,…,A。

3)在每個子集a內(nèi)，逐一計算前k個點(diǎn)(k=1,2,…,n)相對于該子集均值ea的累積離差：

(2)

4)計算每個子集a內(nèi)對數(shù)收益率序列的波動范圍 ，它等于累積離差最大值和最小值的差值，即

Ra=max(Xk,a)-min(Xk,a),1≤k≤n

(3)

5)計算每個子集a內(nèi)對數(shù)收益率序列的標(biāo)準(zhǔn)差Sa。

(4)

表2 湖北省碳交易市場重度極差表

湖北試點(diǎn)碳交易市場的Hurst指數(shù)方程為

(5)

同樣可以根據(jù)上述步驟得到其余7個試點(diǎn)碳交易市場Hurst指數(shù)方程，并對它們進(jìn)行回歸效果的顯著性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計如表3所示。

表3 回歸效果檢驗(yàn)結(jié)果

從表3中可以看到，八大試點(diǎn)地區(qū)碳交易市場的Hurst指數(shù)均落在了0～1之間，表明在計算過程中沒有出現(xiàn)較大的統(tǒng)計誤差以及代碼的運(yùn)行誤差。同時，根據(jù)T檢驗(yàn)結(jié)果，各試點(diǎn)地區(qū)Hurst指數(shù)的P值均顯著，說明回歸方程的擬合程度較好[13]。

3 研究討論

3.1 實(shí)證結(jié)果

1)試點(diǎn)碳交易市場存在狀態(tài)的有效性。從Hurst指數(shù)計算結(jié)果來看，各個試點(diǎn)地區(qū)均未落在[0.45,0.55]的范圍內(nèi)，這樣的結(jié)果說明各試點(diǎn)市場目前階段并沒有隨市場情況隨機(jī)游走，均未達(dá)到弱式有效分形市場[14]。這一結(jié)果與之前的初步分析結(jié)果相吻合。

具體來看，除深圳、北京、福建3個地區(qū)外，其余地區(qū)Hurst指數(shù)均大于0.55，表明這些地區(qū)碳交易價格表現(xiàn)出明顯的持久性和連續(xù)性，當(dāng)前的價格趨勢會在很大程度上影響未來價格發(fā)展。而深圳、北京地區(qū)作為國內(nèi)相對成熟穩(wěn)定的市場，Hurst指數(shù)明顯小于0.5，在分形市場理論中，一般認(rèn)為這樣的情況可能是由于政策調(diào)控導(dǎo)致價格出現(xiàn)跳躍性變化，市場調(diào)節(jié)作用不明顯[15]。

2)試點(diǎn)碳交易市場收盤價序列為非線性。因所有地區(qū)Hurst指數(shù)均不為0.5，表明市場上的信息以非線性的方式傳遞給潛在投資者，投資者因此做出判斷，故導(dǎo)致收盤價序列也呈現(xiàn)出非線性。

3.2 原因分析

通過分析各個試點(diǎn)市場交易情況，認(rèn)為出現(xiàn)上述實(shí)證結(jié)果的原因有以下幾個方面：

1)碳配額供給過剩導(dǎo)致碳價過低。免費(fèi)配額過剩的原因主要是因?yàn)楹暧^經(jīng)濟(jì)形勢、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)變化[16]。政府無論是采取“自上而下”或是“自下而上”的方法在市場運(yùn)行前對總量供給進(jìn)行設(shè)定，都是基于諸如經(jīng)濟(jì)增長、減排成本等方面的假設(shè)和預(yù)測。但實(shí)際情況往往導(dǎo)致碳排放軌跡脫離預(yù)期，致使總量設(shè)定偏松。例如，湖北地區(qū)在第二個履約期內(nèi)，由于對經(jīng)濟(jì)下行發(fā)展的估計不足，導(dǎo)致碳配額供給遠(yuǎn)大于需求，進(jìn)而造成碳價格大幅下跌。過低的價格也導(dǎo)致企業(yè)對于參與碳交易動力不足，致使交易制度處于無關(guān)緊要的地位。

2)政策的不連續(xù)性影響價格預(yù)期。根據(jù)分型市場理論，價格變動出現(xiàn)跳躍性甚至反轉(zhuǎn)性變化的原因很有可能來自政策調(diào)控與干擾[17]。由于中國碳市場建立較晚，準(zhǔn)備時間不足，試點(diǎn)地區(qū)往往會根據(jù)自身情況在市場成立之后不斷出臺政策來完善交易框架。由于經(jīng)驗(yàn)不足，這些政策往往連續(xù)性較差，會對市場價格造成沖擊。北京地區(qū)曾因?yàn)槌雠_一次分配多年配額的制度導(dǎo)致配額過剩，后續(xù)又缺乏政策來及時調(diào)整與補(bǔ)救，導(dǎo)致價格出現(xiàn)大幅跳水。北京地區(qū)的Hurst指數(shù)遠(yuǎn)小于0.5也從側(cè)面印證了這一現(xiàn)象。

3)控排主體的履約驅(qū)動力不足。從各個地區(qū)交易情況來看，在臨近履約期限時，碳交易額和交易量逐漸上升，而在非臨近期限的大量交易日內(nèi)，多個地區(qū)出現(xiàn)交易額為0的情況。這是因?yàn)槭袌鲋凶鳛榭嘏胖黧w的高排放企業(yè)由于擔(dān)心未來自身配額不足使用，其市場行為往往傾向于儲蓄而非交易。這種傾向性在一個交易市場成立初期往往導(dǎo)致市場流動性不足進(jìn)而導(dǎo)致市場失效[18]。

4)需求方單一。從各地區(qū)交易結(jié)構(gòu)分析來看，需求方單一是目前普遍存在的現(xiàn)象。碳交易市場雖然允許多元投資者進(jìn)入，但在市場成立初期，政策往往限制了有效投資者進(jìn)入市場，例如國務(wù)院37、38號文禁止連續(xù)交易、集中交易等制度。需求方單一往往導(dǎo)致無法分散市場風(fēng)險并且也無法發(fā)揮出市場穩(wěn)定器的作用[19]。

4 啟示

全國統(tǒng)一碳交易市場的建立并有效運(yùn)行，對促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)從粗放型增長向集約型增長轉(zhuǎn)變具有重要意義。目前中國試點(diǎn)地區(qū)碳市場還存在諸多問題，基于本文上述研究得到以下啟示：

1)政策連續(xù)性保障。碳交易體系的建設(shè)并非一蹴而就，需要根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷改進(jìn)完善，同時中國正處于供給側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的特殊時期，因此相關(guān)政策需要隨著碳市場的發(fā)展不斷優(yōu)化調(diào)整。政策的連續(xù)性能夠幫助碳市場各方參與者明確自身的責(zé)任與業(yè)務(wù)，形成對碳市場穩(wěn)定的預(yù)期，從而進(jìn)行投資和減排決策，而不是盲目采取行動或者舉棋不定。

2)法律保障。政策作為非正式起源，不依靠國家強(qiáng)制力保障實(shí)施，約束力不足。因此需要制定與碳交易相關(guān)的法律、行政行法規(guī)、地方性法規(guī)及政府規(guī)章制度等，形成一套完整的法律體系。同時一定要嚴(yán)格執(zhí)法保證碳交易的嚴(yán)肅性。相關(guān)的處罰與實(shí)施細(xì)則要能夠起到確保碳市場效力的發(fā)揮與碳市場可信度的建立，切實(shí)保障履約效果，倒逼控排主體節(jié)能減排。

3)交易制度保障。在配額分配方面，為避免重蹈歐盟碳排放權(quán)交易市場盈余分配過多導(dǎo)致碳價下跌、市場激勵失效的覆轍，有必要設(shè)置調(diào)整機(jī)制以規(guī)避經(jīng)濟(jì)波動對碳排放權(quán)交易市場造成的不良影響。而在市場進(jìn)入方面，在加強(qiáng)監(jiān)管的同時要擴(kuò)大有效投資者范圍，建立多元化需求結(jié)構(gòu)，從而起到分散風(fēng)險、穩(wěn)定市場的作用。

4)正確處理政府與市場關(guān)系。中國碳交易市場的建立是以政府為主導(dǎo)，目前來看試點(diǎn)地區(qū)碳交易價格波動大，市場規(guī)律還未起到?jīng)Q定性作用，與政府過多的調(diào)控干預(yù)不無關(guān)系[20]。要保持市場靈活性，一方面要避免政府干預(yù)的偏好性，要能夠認(rèn)識到碳價過低或過高均會導(dǎo)致控排主體減排的目標(biāo)無法達(dá)成，因此要保證調(diào)控措施的完整性。另一方面，要避免政府干預(yù)的隨意性，市場規(guī)則的隨意修改會破壞市場參與者的預(yù)期，使之變成“短期套利者”來規(guī)避規(guī)則變化的風(fēng)險，這種現(xiàn)象大量發(fā)生會進(jìn)一步放大市場失靈。