基于石油產業鏈的我國原油期貨市場動態相關性研究

■王世文，侯依青

國際原油價格劇烈波動，將給石油產業鏈相關企業帶來較大的風險。我國原油期貨上市為企業提供了套期保值與風險對沖的工具，對于增強金融服務實體經濟能力有著重要意義。本文從石油產業鏈角度，運用時變相關Copula函數來擬合我國原油期貨、瀝青期貨以及聚丙烯期貨收益率之間的動態相關性。實證結果表明：我國原油期貨與國內化工類期貨價格聯動加強，與瀝青期貨下尾相關性表現最顯著；相較國際原油期貨，我國原油期貨對化工類企業進行套期保值與對沖風險更具有優勢，但其在石油產業鏈相關期貨價格傳導系統中的核心地位尚未確定，影響力還需進一步提升。

一、引言與文獻綜述

隨著金融衍生市場深化，原油的金融屬性日益凸顯。作為全球第二大原油需求國和最大原油進口國，我國一直缺乏石油定價的話語權，國際原油價格波動易對我國經濟發展造成外部沖擊。作為我國首個國際化期貨品種，我國原油期貨的推出一定程度上改變了我國在國際石油定價上的被動局面，為企業規避價格風險提供了市場工具。自2018年掛牌上市以來，市場整體運行平穩，成交量和持倉量均穩步增長，已躍居亞洲市場交易量最大的原油期貨，躋身全球前三。但在交易量快速上漲的同時，市場風險防控也成為交易所不可忽視的挑戰。對中國原油期貨市場進行量化分析有助于把握其價格波動規律，對完善市場機制、防范交叉性金融風險和增強金融服務實體經濟能力有著重要意義。

國際原油期貨市場間的價格引導關系一直是熱點問題，眾多學者將研究對象集中于WTI、Brent原油期貨市場，檢驗二者的信息溢出效應。雖然研究結論并不一致，但大多認為WTI原油期貨在信息溢出上占優勢。而我國原油期貨上市還處于起步階段，與國內外金融市場的價格聯動尚不穩定，選取我國原油期貨市場作為研究對象的量化研究也主要聚焦于與國際原油期貨市場的溢出效應研究。張大永和姬強（2018）通過構建收益率和波動率的靜態和動態網絡，研究發現我國原油期貨與國際基準原油之間的信息關聯密切，與股票市場以及匯率市場之間的關系相對較弱。但高麗和高世憲（2019）有關研究結論與上述結論存在不同，該學者通過構建SVAR模型發現國際原油期貨市場間存在非對稱的溢出效應，國際原油期貨對中國原油期貨存在單向溢出影響?？傮w來看，大部分研究表明我國原油期貨上市后與國際原油期貨初步融合，信息傳遞效果較好，但其國際影響力還有待增強。

有關石油產業鏈期貨市場間的價格引導關系研究在國外受到較早關注，且研究對象豐富。Tse&Booth（1997）、Ewing et al.（2002）、Manera et al.（2013）、Trujillo et al.（2012）等學者對原油期貨、燃料油期貨、汽油期貨、天然氣期貨、乙醇期貨等之間的溢出效應進行研究，均發現同屬上下游產業鏈的期貨關聯度更高，存在更顯著的波動溢出效應。而我國石油下游產品主要為成品油和化工類產品，對于石油產業鏈期貨市場間溢出效應的研究較多集中于國際原油期貨品種與國內化工類期貨之間，眾多學者研究發現作為產業鏈源頭的原油期貨對中下游期貨均產生單方面的正向溢出效應，并且處于金融危機與石油暴跌期間的溢出程度都會增大。但目前我國原油期貨市場相關研究結論與其恰恰相反，段進東和段義鑫（2019）對我國原油期貨與國內化工類期貨的價格關聯性進行實證研究，發現我國原油期貨價格在短期受自身影響較多，長期才會受化工板塊價格走勢影響，表明我國原油期貨市場有效性較弱，價格核心作用尚未發揮。

石油市場金融屬性日益凸顯，與金融市場間的信息聯系越發緊密，主要體現在與傳統股債匯市場的聯動關系，研究二者溢出效應也是當前國內外研究熱點之一。張大永和姬強（2018）、曹劍濤（2019）研究發現我國原油期貨市場對匯率市場影響微乎其微，更多地受國外原油期貨價格和利率變動影響。但同時諸多學者發現國外原油期貨市場往往對我國市場產生顯著影響，王朝陽等（2018）研究發現原油期貨價格（NYMEX）對我國新能源股票價格存在單向均值溢出效應。高麗和呂美倫（2019）發現WTI原油期貨與我國A股工業指數存在顯著正相關，與匯率存在顯著負相關。

從已有研究看，當前有關我國原油期貨市場研究偏重于市場建設與發展的理論探討，量化研究相對較少且多集中于國際原油期貨市場間價格引導關系分析，而對我國原油期貨價格與石油產業鏈期貨價格的傳導機理研究甚少。其次，研究方法多采用協整理論、Granger檢驗、VAR模型及GARCH模型等，偏重于靜態視角研究，缺少動態視角下的考量。因此，本研究擬運用時變相關Copula函數，動態分析原油價格的非線性相關性、尾部相關性以及非對稱相關性，在構建GARCH邊緣分布基礎上，建立t-Copula、Clayton-Copula、SJC-Copula聯合分布模型，研究我國原油期貨市場與中下游產業鏈期貨市場之間的動態關聯性，有利于豐富完善中國原油期貨市場溢出效應研究，從而掌握其動態相關性，為完善我國原油期貨市場和防范市場風險提出對策建議。

二、基于時變相關Copula-Garch模型的實證分析

（一）數據選取及處理

我國石油上下游產業鏈關聯緊密，下游產品主要為成品油和化工類產品。當前國內期貨交易所共上市10種化工類期貨，從上市時間、原料來源、實際交割物等方面，考察不同化工類期貨與中國原油期貨的關聯性與價格走勢一致性，發現瀝青期貨、聚丙烯期貨與中國原油期貨價格波動關聯最為緊密。因此，本文選取上海期貨交易所（上期所）的原油期貨（YY）、瀝青期貨（LQ）以及大連商品交易所（大商所）的聚丙烯期貨（PP）的日收盤價作為樣本原始數據，數據均來源于Wind金融終端，樣本區間為2018年3月26日～2019年8月14日，三組樣本共計1014條數據。對數據進行以下對數變換來計算所得收益率：

其中，Pt為各期貨的日收盤價序列，Rt為對數變換后的收益率序列，t=1，2，…，T，T=338。分別記為原油期貨收益率（YYR）、瀝青期貨收益率（LQR）和聚丙烯期貨收益率（PPR）。

（二）描述統計及相關檢驗

對中國原油期貨收益率、上海瀝青期貨收益率和大連聚丙烯期貨收益率進行描述統計分析，由表1可以看出各期貨收益率均值都比較小，不同期貨收益率差距不大且分布在0周圍。但從標準差來看，各期貨收益率的波動性均較大，其中波動幅度最大的是原油期貨收益率，其次為瀝青、聚丙烯期貨收益率，結果均符合各期貨品種特點；從偏度和峰度來看，各期貨收益率的偏度均小于0，峰度均大于3，屬于左偏的高峰厚尾概率分布，其中聚丙烯期貨收益率序列的左偏厚尾特征最顯著；從J-B統計量來看，伴隨概率值均小于0.01，說明在1%置性水平下各收益率均為非正態分布。

表1 各期貨收益率基本統計量

通過ADF檢驗得出各統計量均小于臨界值，伴隨概率均接近于0，說明數據具有穩定性。為判斷各期貨收益率序列是否存在相關性，對其進行滯后12期的自相關和偏自相關性檢驗，發現YYR與LQR均不存在顯著自相關性表現，而PPR在處于滯后6期和9期時表現出微弱自相關性。但同時計算發現YYR與PPR的Ljung-Box Q在1%置信水平下的P值均接近于0，說明該情況下存在自相關關系，但LQR取平方后的序列仍不存在顯著自相關性表現。對序列進行ARCH-LM檢驗，發現YYR處于2階、PPR處于3階情況時存在明顯ARCH效應，但LQR無論低階、高階情況下均不存在ARCH效應。

此外，本研究在穩定性檢驗與滯后階數確定基礎上，建立二階向量自回歸模型，通過Granger因果檢驗來確定各期貨收益率之間的信息傳遞方向，發現僅聚丙烯期貨對中國原油期貨和瀝青期貨存在單向格蘭杰因果關系，反之均不存在格蘭杰因果關系，表明我國原油期貨在石油產業鏈相關期貨價格傳導系統中的核心地位尚未確定，影響力還需提升。

（三）構建邊緣分布模型

鑒于各期貨收益率序列的描述統計及相關檢驗結果，GARCH模型可以用于描述該類具有條件異方差特性時間序列的條件邊緣分布。大量實證研究表明，GARCH（1，1）模型在眾多GARCH（p，q）模型中，可以較好地擬合具有時變、偏斜、高峰、厚尾等特性的金融時間序列的邊緣分布，其中GARCH-t能較好刻畫該類序列特性。因此，本文選取GARCH（1，1）-t模型來刻畫YYR與LQR序列，選取AR（1）-GARCH（1，1）-t模型來刻畫PPR序列，并采用兩階段極大似然估計法進行參數估計，結果如表2所示。

表2 各期貨收益率邊緣分布模型的參數估計

表2中三組期貨收益率的參數β值均大于0.89，該值較大表明各序列的波動特性和高峰厚尾分布特性較顯著。參數α與β相加均在0.96左右，該值越接近于1，表明模型在當前約束條件下越穩定，擬合效果越好。而自由度υ與序列的尾部分布形狀緊密相關，自由度υ越小表明尾部越厚，而尾部分布越厚的序列出現極端值的可能性就越大，LQR、PPR相較YYR尾部較厚，三者差異較大。從邊緣分布模型中提取三組期貨收益率的標準殘差序列，對其進行概率積分轉換得到新序列，同（0，1）均勻分布進行K-S檢驗。結果顯示，K-S統計值在顯著性水平5%下接受原假設。同時對新序列進行自相關檢驗，發現各序列均不存在自相關。綜合以上，可說明新序列均服從i.i.d（0，1）均勻分布，GARCH（1，1）-t模型與AR（1）-GARCH（1，1）-t模型可以較好地擬合數據。為進一步驗證此結論，從邊緣分布模型中提取各期貨收益率的殘差序列，并對其進行ARCH-LM檢驗以及與t分布的Q-Q圖，結果顯示，YYR、LQR和PPR的殘差序列與t分布的Q-Q圖可以較好地契合。

（四）時變相關Copula模型構建及分析

1.時變Copula模型的選取

為了描述中國原油期貨收益率與瀝青期貨收益率、聚丙烯期貨收益率邊緣分布之間的動態相關關系，本文基于 GARCH（1，1）-t模型和 AR（1）-GARCH（1，1）-t模型確定的邊緣分布模型，運用時變相關的二元t-Copula、Clayton-Copula以及SJC-Copula函數來擬合，函數定義如下：

（1）時變相關的二元t-Copula函數。與時變相關的正態Copula函數相比，該函數對尾部相關系數的變化更敏感，可描述對稱的上下尾部相關性，相關參數ρ是時變的，其分布函數、時變相關參數演進方程及上下尾相關系數表達式如下：d+2

（2）時變相關的二元Clayton-Copula函數。該函數尾部呈非對稱性特點，對下尾相關系數的變化更敏感，可以更好地捕捉當市場處于負面情況時，金融市場之間相關關系的變動情況，其分布函數、密度函數及時變相關參數演進方程表達式如下：

其中，∧（·）=e-x，該logistics轉換函數使τ∈（0，1）。

（3）時變相關的二元SJC-Copula函數。該函數是基于Joe-Clayton Copula修正而來的，可描述非對稱的上下尾部相關性，相關參數τ是時變的，其分布函數、時變相關參數演進方程表達式如下：

2.時變Copula模型的參數估計與評價

表3 三種時變相關Copula模型的參數估計結果

通過構建上述時變Copula模型對國內石油產業鏈期貨收益率序列之間的動態相依關系進行刻畫，并采用兩階段極大似然估計法進行參數估計，結果如表3所示。持續性參數反映ρt-1對ρt產生的正負向影響情況，其中基于時變t-Copula、Clayton-Copula模型擬合下，分別是YYR-LQR之間正向影響最強、LQR-PPR之間負向影響最強。而基于時變SJC-Copula模型擬合下，三組期貨收益率之間的持續性參數值情況各不一樣，但總體體現為LQR-PPR之間的影響程度最強，且下尾影響程度強于上尾。外生變量參數則反映外生變量對變量間相關性的影響，該影響在時變t-Copula模型擬合下微乎其微，而其他兩種模型擬合下的影響較復雜，外生變量參數值的正負大小情況差別較大。根據AIC信息準則和對數似然值來衡量不同時變Copula模型擬合優良性，YYR-LQR相關性與YYR-PPR相關性采用時變t-Copula函數擬合效果最佳，時變SJC-Copula函數擬合效果次之；而對于LQR-PPR相關性來說，擬合效果最佳的是時變SJC-Copula函數，時變Clayton-Copula函數擬合效果次之。

圖1 基于t-Copula模型擬合下的動態相關關系圖

根據時變Copula模型的參數估計和擬合結果，發現整體上時變t-Copula和SJC-Copula的擬合效果最佳，為便于對期貨收益率之間尾部相關性的進一步討論，選取了對對稱上下尾部變化更敏感的時變t-Copula及對非對稱上下尾部變化更敏感的時變SJC-Copula兩種Copula函數。圖1為基于時變二元t-Copula模型擬合下的三組收益率之間的動態相關性圖，從左至右依次為YYR-LQR、YYR-PPR、LQRPPR，其動態性均表現為圍繞均值上下波動的時變特征。三組動態相關系數的均值依次為0.6263、0.2603、0.4478，其中，我國原油期貨與瀝青期貨之間的相關性最強，瀝青期貨與聚丙烯期貨的相關性次之，較高的尾部相關性反映出我國原油期貨與化工期貨之間的聯動情況較好。三組動態相關系數的極差依次為0.3984、0.0370、0.0997，發現原油期貨與瀝青期貨收益率的相關性波動幅度較大，二者關聯性于2018年12月～2019年1月波動加劇，呈現出先揚后抑的走勢。這主要是受季節性錯配影響，冬季往往是取暖油需求旺季，原油需求增加供應減少，相反瀝青由于其物理特性在低溫時容易凝固，在冬季需求極低，兩種商品期貨價格出現背離，導致原油期貨與瀝青期貨相關性在該時間段產生較大差異。這說明了瀝青雖為原油下游產品，但成本端原油期貨價格對其價格產生的影響有限，供求關系也是影響瀝青價格的重要因素。

圖2 基于SJC-Copula模型的YYR與LQR動態相關關系圖

圖3 基于SJC-Copula模型的YYR與PPR動態相關關系圖

圖4 基于SJC-Copula模型的LQR與PPR動態相關關系圖

由圖2～圖4可見，基于時變二元SJC-Copula模型的三個期貨收益率之間的上下尾動態相關性均表現出圍繞均值上下波動的時變特征。從YYRLQR來看，下尾和上尾動態相關系數均值分別為0.4990、0.4767，上下尾相關性差別較小，反映出一個市場下跌會引發另一個市場也下跌的可能性較大，但該可能性發生幾率較小，實體企業對于原油與瀝青跨品種套?？梢圆扇「`活的策略。從YYRPPR來看，下尾和上尾動態相關系數均值分別為0.2720、0.0709，整體情況與 YYR-LQR 類似，但YYR-PPR整體相關性顯著弱于YYR-LQR整體相關性且上下尾相關性差別較大，反映出在原油與聚丙烯價格下跌時，實體企業采取跨品種套保行為會更合適。從LQR-PPR來看，下尾和上尾動態相關系數均值分別為0.3714、0.4095，相較原油期貨，瀝青期貨與聚丙烯期貨的相關性峰值最高且波動幅度最大，反映出二者相關性穩定性一般，一種期貨價格上漲時投資者采取另一品種期貨做多策略更適宜。

三、我國原油期貨市場相關性比較分析

（一）相較國際原油期貨，我國原油期貨與化工類期貨聯動性更具優勢

國際原油價格波動劇烈，與國際原油期貨相比，我國原油期貨在企業套保對沖方面是否更具優勢？為此，本文選取相同樣本區間的Brent、WTI原油期貨收益率，運用時變SJC-Copula-GARCH模型分析二者比較關系，結果如表4所示。從相關系數均值來看，我國原油期貨與瀝青期貨的相關系數已是外盤國際原油兩倍多，但聚丙烯期貨上下尾相關系數表現不一，上尾相關性略低于外盤國際原油期貨。這反映出隨著我國原油期貨上市和不斷成熟，它與部分下游化工期貨價格相關性已超過外盤國際原油期貨，中小型涉油企業可利用我國原油期貨來提高抵御原油價格波動風險的能力，但該能力還存在上升空間，部分下游化工期貨價格相關性與我國原油期貨關聯性并不顯著，還需進一步提升中國原油期貨在石油產業鏈相關期貨價格傳導系統中的核心地位。

表4 INE、ICE、NYMEX原油期貨與瀝青期貨、聚丙烯期貨關聯性比較

（二）自我國原油期貨上市后，與化工類期貨聯動性整體增強

原油兼具商品、金融和政治三種屬性，其與下游化工品價格聯動變化受諸多因素影響，動態相關圖顯示不同期貨品種關聯性在2018年四季度至2019年一季度存在大幅下降，供需關系變動可能是造成關聯性波動劇烈的主要因素。為進一步細化考察我國原油期貨上市后，其與石油產業鏈相關期貨聯動情況，選取2019年2月28日為時間節點，將三個期貨市場時變相關系數均值分為兩階段進行比較，時間跨度分別為2018年3月底至2019年2月底與2019年3月初至2019年8月中旬，結果如表5所示。從整體趨勢看，我國原油期貨自上市后與瀝青期貨相關性增幅較顯著，并且上下尾相關性差距拉大，而原油期貨與聚丙烯期貨相關性偏弱且沒有加強跡象。

表5 國內石油產業鏈期貨市場間的時變相關系數均值比較

四、結論與建議

為考察我國原油期貨市場有效性，本文采用三種時變相關Copula模型對石油產業鏈期貨市場之間的動態關聯性進行實證分析，得出三點結論：第一，我國原油期貨自上市后與國內化工類期貨價格聯動加強，與瀝青期貨相關性增強表現得最顯著，由0.6188提升至0.6414，但與聚丙烯期貨上下尾相關系數表現不一，上尾相關性略低于外盤國際原油期貨；第二，我國原油期貨與兩種化工類期貨均是下尾相關性更強，其中，原油期貨與瀝青期貨上下尾相關性差別較小，而原油期貨與聚丙烯期貨上下尾部非對稱相關性特征顯著；第三，相較國際原油期貨，我國原油期貨與化工類期貨價格聯動更緊密，套期保值與對沖風險功能已初步顯現。但其與二者并不存在格蘭杰因果關系，表明我國原油期貨在石油產業鏈相關期貨價格傳導系統中的核心地位尚未確定，影響力還需提升?；谝陨辖Y論，結合中國原油期貨實際發展情況，本文從實體企業、期貨交易所及有關監管部門等方面提出以下建議：

第一，實體企業應積極引進期貨交易專業人才，充分利用原油期貨進行套期保值。當前我國原油期貨市場交易者結構單一，石油產業鏈上的相關企業參與度低，這主要源于我國很多企業風險管理意識淡薄，對原油期貨市場功能了解不多。專業人才和配套制度體系的跟進將有助于改善這一情況，幫助企業鎖定價格波動風險。

第二，實體企業應重視跨品種套期保值策略差異性。我國原油期貨與瀝青期貨上下尾相關性高且差別較小，對于相關企業可以采取靈活多樣的套期保值策略。相反，我國原油期貨與聚丙烯期貨上下尾部非對稱特征顯著，對于相關企業在價格下跌時采取跨品種套保行為會更合適，但由于二者相關性不高，國際間同品種套保效果可能會優于同產業鏈不同品種間套保效果。

第三，完善期貨市場品種體系，推動成品油期貨上市。當前我國原油期貨在國內成品油、化工品定價上的影響力較弱，國內成品油往往會受國際原油期貨價格波動、匯率波動與全球政治事件等影響。若成品油期貨上市，將形成原油與成品油期貨的上下游產業鏈貫通，這對我國石油加工企業與成品油貿易企業積極利用期貨品種特點參與經營將極有好處。

第四，完善期貨市場交易制度與數據發布體系。原油期貨的高流動性和透明度是確保市場價格發現功能發揮作用的前提條件，借鑒國際成熟原油期貨市場經驗，我國原油期貨在漲跌幅限制、交割機制及交易平臺等方面可以適時適度進行優化調整，建立動態的信息發布機制，公布石油行業全面數據來推動原油期貨市場發展。