IIGF观点 | 天气衍生品的国际经验和政策建议

世界经济论坛(WEF)《2022年全球风险报告》指出未来十年最严重的三大风险为气候行动失败、极端天气事件、生物多样性丧失与生态系统崩溃。气候风险已成为人类社会面临的全球性、系统性风险，主要表现为高温、强降雨等短期气候事件和干旱、持续升温等长期气候变化，对人类生产生活和生态系统产生日渐深重的影响。天气衍生品作为对冲天气风险而开发出的以温度、降雨等天气指标为标的的金融衍生工具，是天气风险管理体系的重要组成部分。本文将介绍国际天气衍生品市场的发展进程及经验借鉴，并对我国发展天气衍生品市场提出政策建议。
　　一、天气衍生品的起源与市场现状
　　天气衍生品因天气风险管理需求增加而兴起。1996年美国科赫能源和安然能源公司签订以美国威斯康星州东南部港密尔沃基市1997—1998年冬季气温为标的的天气互换合约，成为全球范围内首个交易的天气衍生品。在市场发展初期，天气衍生品主要以OTC形式交易，为天气风险敏感企业提供套期保值的作用。随着交易量和交易额的迅速扩大，市场参与者为降低交易成本、提高流动性等推动天气衍生品向标准化合约方向发展。1999年9月，芝加哥商品期货交易所(CME)率先推出4个美国城市的HDD(Heating Degree Day)取暖指数和CDD(Cooling Degree Day)制冷指数期货和期货期权合约，正式将天气衍生品引入场内交易，随后伦敦国际金融期货期权交易所、芬兰赫尔辛基股票交易所、美国亚特兰大洲际交易所纷纷推出场内天气衍生品合约，但由于未赢得市场关注、清算中心不完善导致违约率过高等原因，四家交易所的尝试均以失败告终。直至2003年9月，CME在洞察到有天气风险管理需求的企业对天气衍生品OTC交易商的信用有所怀疑，亟需寻找新的交易途径，重新推出基于温度指数的期货和期货期权合约，经过多年发展目前已成为全球最大的天气衍生品交易所。
　　国际天气衍生品蓬勃发展。近年来CME天气衍生品的交易量呈现上升趋势，2020年天气期货合约名义持仓金额已达7.5亿美元，同比增长60%；天气期权合约名义持仓金额已达4.8亿美元，同比增长143%；截至2020年12月，未平仓合约(OI)超过29000份，同比增长175%。美国商品期货交易委员会(CFTC)气候相关市场风险咨询委员会(MRAC)指出，这主要是利用天气衍生品市场管理气候变化直接导致的气候相关风险的需求急剧上升所致。
　　我国天气衍生品处于研发阶段，目前尚未开展标准化的天气衍生品交易。2002年我国开始组织人员到美国、日本考察天气衍生品市场，开启了对天气衍生品的研究。同年，大连商品交易所(以下简称“大商所”)与国家气象中心专业气象台签署合作协议，综合分析国内70个城市近30年温度变化特征及降水、霜冻情况，并于2006年完成温度指数期货合约和相关规则的设计，但由于种种原因我国未推出天气衍生品标准化合约。2021年天气衍生品在我国再次引起关注：5月21日，大商所与国家气象中心续签战略合作协议，聚焦积温、降水等主要农作物产量预测指数编制和其他温度指数及相关衍生品研发。6月10日，国家气象信息中心与郑州商品交易所(以下简称“郑商所”)签署战略合作框架协议，联合开展天气指数期货等天气衍生品的可行性论证、品种设计、市场意见征求及上市等研究工作。
　　二、天气衍生品发展的国际经验
　　CME是全球最大、交易最活跃、最为成功的天气衍生品交易所，其交易制度的设计和发展经验值得我国借鉴。本节就CME天气衍生品的制度设计、产品合约设计进行经验总结。
　　(一)垂直清算模式提高效率和降低对手方信用风险
　　CME天气衍生品通过CME清算所(CME Clearing)清算。CME Clearing由CME集团设立，采用垂直清算模式。CME Clearing实行会员制，只与其清算会员开展业务，而非个人会员、清算会员的客户或交易所的公司会员；实施分层次的清算保证体系，分清算所—清算会员—客户三个层次进行清算保证，即CME Clearing对全部清算会员的交易保证履约；清算会员对其执行并通过CME Clearing清算的所有交易承担全部的财务和履约责任，对其持有的所有头寸负责，无论该头寸是归属于会员、会员公司、非会员客户或其自营账户。同时CME Clearing负责监控清算会员风险，清算会员负责监控其客户风险。
　　CME Clearing充当每笔已匹配交易的对手方，即CME Clearing对卖方而言为买方，对于买方而言为卖方，从而大大降低违约风险。实施保证金制度和逐日盯市制度，以实现对潜在损失每日最低限度的保护。
　　CME具有完善的天气衍生品清算规则，包括每月气温衍生品清算规则和季度气温衍生品清算规则两大类，根据合约地区的不同，又细分为相应地区或城市的清算程序。以下以月度温度指数(HDD/CDD/CAT)期货合约为例，说明CME确定每日结算价格的三种方法：
　　一是在CME Globex有交易。当日结算价格是美国中部时间(CT)15:00至15:15之间随机选择的最后一笔10手以上的交易价格。如果同时发生 Globex 交易和大宗交易，则以最近交易为基准价格。如果交易落在美国中部时间(CT)15:00至15:15之外，则需调整结算价格，以交易时间更靠近市场一侧为依据调整其买价或卖价。若第三方公告发布更好的买价或卖价，结算价格可调整为该价格，已发布在 Globex 市场的第三方信息不会在该市场外调整。对于少于50 份合约(任何来源)的买价或卖价不能用于计算结算价格，直至出现能满足该最小值要求的买价或卖价方可计入。
　　二是没有交易信息的情况下，根据CME Globex 市场数据在美国中部时间(CT)15:00至15:15之间的中间市场价格确定为结算价格。
　　三是缺乏市场数据的情况下，以合约前一天的价格为结算价格。月度合约可能会进行调整，以反映其价格发现功能。期权交易可根据月度期货合约结算。对于累积期内的合约，结算价格可根据合约在累积期内的头寸进行调整。每份合约的累积期从合约月份的第一个日历日开始，至合约月份的最后一个日历日结束。
　　(二)合约覆盖地域范围广，气象数据具有公信力
　　美国本土CME天气衍生品合约城市的分布较广、差异较大，基本涵盖了美国温带大陆性气候等几大气候类型，可提供一篮子头寸不同、发布时间不同的气温衍生品。CME天气衍生品天气指标包括温度、飓风、霜冻、降雨、降雪等，但最活跃的为温度指数，提供以下三个地区的温度期货和期权合约：一是基于美国芝加哥、纽约等9个城市的月度和季度HDD/CDD温度指数合约。二是基于伦敦、阿姆斯特丹2个欧洲城市的月度和季度HDD/CAT温度指数合约。三是基于东京1个亚洲城市环亚太地区温度指数的月度和季度CAT温度指数合约。
　　合约城市的气象数据由Earth Satellite Corporation(EarthSat)提供，EarthSat是全球地球观测数据商业使用的先锋，通过自动地表观测系统(ASOS)获取原始数据，该系统每五分钟自动收集天气实时数据，并直接传输到国家气候数据中心(NCDC)和国家海洋大气管理局(NOAA)。EarthSat提供实时质量监控，一旦ASOS设备故障或NOAA在报告数据时出现通信问题，EarthSat将负责更新数据。同时，气象监测站基本设在机场，主要是由于温度指数天气衍生品以城市为地点范围，并且某些天气指标对环境和场地空旷度要求很高。
　　三、我国发展天气衍生品的意义
　　我国是一个自然灾害和异常气候频发、生态环境脆弱的国家，除特大自然灾害外，气温、降雨量、降雪量等诸多气象指标偏离正常状况现象亦非常突出。气象灾害造成我国直接经济损失约占GDP的1%至3%，据预测，未来这一比重将上升至GDP的2%至8%，约为全球平均水平的8倍。可见，我国的天气风险管理能力与国际仍存在较大差距，因此提高我国天气风险管理水平显得极为重要。
　　(一)增加天气风险管理金融工具的供给
　　目前，我国应对天气风险管理的工具较少，主要为天气灾害保险。虽然天气灾害保险在一定程度上能够分散、缓解或转移气候风险，但主要针对如洪水、飓风等高风险、低概率的灾难性气象事件所导致的损失进行补偿，而对于如暖冬、凉夏、干旱等低风险、高概率的非灾难性事件则不适用于作为保险公司的承保范围或承保对象，原因是保险合同执行过程中存在损失证明和保险费两个基本要素，即企业投保天气类保险，必定存在投保对象有潜在损失，且须证明该损失为特定天气事件所致。因此，我国现行的保险制度在解决日常天气风险上难以充分地发挥作用。另外，天气灾害保险属于消极被动型天气风险管理策略，天气衍生品作为积极主动型天气风险管理策略，可丰富我国金融衍生品市场的交易品种，增加投资渠道，推动金融市场的发展。
　　(二)增加社会福利
　　陈信华，孟一坤(2016)从宏观、中观和微观三个层面对引入天气衍生品后福利效应的变化进行深入探讨，发现引入天气衍生品能带来正的福利效应，即福利损失较之前降低，福利水平改善明显，肯定了天气衍生品对天气风险管理的有效性。对企业来说，Francisco和Yun(2013)证明了利用天气衍生品对天气敏感企业进行风险管理，能有效增加公司价值。对个人来说，特别是农民，可通过天气衍生品来规避未达到灾难程度的天气反常事件造成的损失，有助于吸引社会资金参与分散农业自然风险，促进非农资金向农业转移。
　　四、对我国发展天气衍生品的建议
　　全面了解国际天气衍生品的理论基础和市场运行机制，有助于我国充分借鉴其在天气风险管理中的作用，对我国天气衍生品市场推出的可行性、市场体系建设与稳健发展、产品设计具有重要的理论与实践指导作用。结合上文的分析，以下对我国推出天气衍生品市场提出三点建议。
　　(一)完善天气衍生品的交易制度和监管规则
　　完善的交易制度是天气衍生品市场有效、平稳运行的基础，也是天气衍生品市场能发挥套期保值等作用的保障。完善的交易制度包括保证金制度、涨跌停板制度、持仓限额制度、交割制度和信息披露制度等等。在市场建设初期，需要注意以下几点。
　　一是国际天气衍生品在市场初期交易量往往较不活跃，做市商制度的引进有助于提高市场流动性和有效性。
　　二是完善的清算中心是CME天气衍生品场内交易取得巨大成功的关键，这也是CME吸取亚特兰大洲际交易所因清算中心不完善导致违约率过高最终走向失败的经验。目前我国期货市场采用垂直清算模式，但在结算制度上与CME等世界主要交易所分级结算体系不同，郑商所、大商所和上期所均采用全员结算制，交易会员同时亦为清算会员，无利益一体化的违约瀑布等。建议在我国期货市场对外开放程度和投资者对清算体系要求不断提高的背景下，研究探索从全员结算制向分级结算制转变的可行性，通过分级结算制引入更有实力的清算会员，保持清算体系的稳定和安全，解决产业客户担心现有清算会员资金不足问题。
　　三是加强市场宣传引导和投资者教育。宣传引导可推动市场各方提高对气候风险的认识，帮助市场参与者利用天气衍生品应对天气风险，引导资金进入天气风险敏感程度较高的行业。投资者教育有助于投资者了解天气衍生品市场的产品及交易规则，客观、正确、理性参与交易，规范投资者的市场行为，促进天气衍生品市场有效发挥作用和平稳有序运行。
　　在监管层面，需要建立完备的天气衍生品市场监管规则，保证市场参与者免受操纵、滥用交易行为和欺诈，降低交易对手风险和操作风险等，提高天气衍生品市场信息披露的透明度。
　　(二)加强气象数据的监测，确保为天气衍生品市场提供优质“原材料”
　　天气衍生品没有现货市场，根据气象数据编制标的指数，因此气象数据的准确性、有效性、及时性和连贯性是天气衍生品合约设计的基础和结算的保障。另外，我国幅员辽阔，气候类型种类多，包括热带季风气候、亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性气候和高原山地气候，各地气候条件差异较大，对我国气象技术水平提出较高的要求。虽然目前我国气象综合探测系统门类比较齐全、布局基本合理，气象台站的分布密度、观测质量和时效已达到或超过世界气象组织标准，但仍需提高气象赋能能力，《全国气象发展“十四五”规划》明确指出，到2025年我国监测精密、预报精准、服务精细的能力进一步提升，气象现代化建设迈上新台阶，可为天气衍生品市场所需的气象数据提供有效保障。另外，气象数据由具有公信力的第三方机构的提供可提高市场参与者对气象数据的可信度，这正是郑商所和大商所均与国家气象中心联合开发天气衍生品的原因所在。
　　(三)设计与推出合理、有效的天气衍生品合约
　　天气衍生品合约的设计与推出应考虑我国金融市场发展程度、覆盖全国范围的程度等因素，根据合约城市气象条件编制适当天气指数，并通过合理的定价有效发挥天气衍生品套期保值的功能，以下结合天气衍生品区别于传统衍生品的独特之处就上述因素具体说明。
　　一是市场初期宜推出温度指数期货合约。首先是天气指数的选取，虽然国际上有飓风、降雨量、降雪量、霜冻等类型的天气衍生品合约，但从发展历程来看，目前温度指数是最为成熟、最为活跃的品种，市场超过82%的天气衍生品为温度指数衍生品。另外，天气衍生品是人为地设计标的指数，标的指数的选取直接关系到相关行业的使用和风险对冲、转移的效果。在各类天气指标中，温度指数是最符合标准化条件，也是对交易量、农作物产量影响较大的因素，因此应率先推出温度指数天气衍生品，再进一步开发其它天气指标的衍生品合约。其次是合约城市编制指数的选取应视实际情况而定，例如广州的标的指数应选取CDD指数，原因是广州市一年中对取暖的需求可忽略不计，HDD指数则不适用。最后是品种选择问题，期货、期权和互换对市场完备程度和技术要求都不同，互换和期权相较于期货要求更高一些。从国际衍生品市场发展经验看，期货往往是期权发展的基础，在我国金融市场不十分发达的情况下，应率先推出期货合约，再推出互换、期权合约。
　　二是合约城市的选取应考虑人口密度、经济发达程度、农业产业等因素，并能覆盖全国大部分区域。目前，大商所发布的温度指数城市包括北京、上海、广州、武汉、哈尔滨，基本涵盖我国东部沿海城市，中部城市略少且缺乏西部城市。随着我国中西部特别是如长沙、重庆等城市的崛起，下一步我国天气衍生品的研发需特别关注中西部城市的气象数据监测和气象指数编制。
　　三是关注天气衍生品的定价问题。定价问题的有效解决是天气衍生品市场发挥套期保值等功能的关键。Black-Scholes-Merton模型作为最传统的衍生品定价方法并不适用天气衍生品定价，原因是天气衍生品市场是一个不完全市场，与传统的金融衍生品相比，其标的物如HDD/CDD指数是不可交易的指数，没有流动性或者流动性差，因此无套利定价法不适用，其次是气温变化具有均值回复特性，不满足B-S公式中标的资产几何布朗运动的假设。
　　目前，国际上关于气温衍生品的定价方法包括均衡定价模型、无差异定价模型、时间序列定价模型、随机过程定价模型。均衡定价模型以Cao & Wei (1999)为代表，在Lucas(1978)均衡资产模型基础上将平均气温和总股利在商品市场与金融市场同时达到均衡的思想定价。无差异定价模型源于等效效用这一原理，根据投资者对由市场不完全性产生的不可消除风险偏好，使用预期效用参数定价。时间序列定价模型和随机过程定价模型均是对标的天气指标建模从而实现定价。时间序列定价模型以Campbell & Diebold(2005)为代表。随机过程定价模型由Dornier & Queruel(2000)开创性提出，从Ornstern-Uhlenbeck过程(O-U过程)，到Benth & Šaltytė Benth(2005)广义双曲分布Lévy过程驱动的O-U过程，再到Elias(2014)和Gyamerah(2018)马可科夫体制转换模型可看出学术界越发关注天气衍生品标的天气指标模型的构建。
　　因此，我国在对天气衍生品定价时应注意到天气衍生品与传统衍生品标的资产的不同之处，以及由此带来的定价模型是否适用问题，并关注国际上对天气衍生品定价模型的发展，以采用更合理、有效的定价模型，为天气衍生品能更好地发挥套期保值等功能夯实基础。
　　原标题：IIGF观点 | 天气衍生品的国际经验和政策建议