基于結構突變點的歐盟及中國碳市場有效性研究

（東華大學旭日工商管理學院，上海 200051）

引 言

市場的有效性是金融學理論的核心命題，是現代金融理論的基石。市場有效性不但是投資分析和決策的前提，也是金融市場不斷完善的標志。碳市場有效性演變的分析、評價和改進，是碳市場不斷進化的強大驅動力。

已有大量研究表明，金融時間序列重大沖擊后，往往發生結構性變化，呈現與以往不同的持續性特征。Perron（1989）提出了直接突變點檢驗的方法［1］。 隨后 Zivot 和 Andrews （1992）［2］、Lumsdaine 和 Papell （1997）［3］、 Lee 和 Strazicich（2003）［4］、 Alberola 等 （2008）［5］采用模型內生化對方法進行了改進并進行了實證分析，但是這些方法只能進行最多兩次結構化變點檢測。Bai和Perron（2003）研究了具有多元結構突變的線性回歸模型，提出多均值結構突變檢驗方法，并成功對美國從1961～1986年的實際利率序列的突變點進行識別［6］。吳振信等 （2015） 選取EU-ETS為研究對象，利用Bai-Perron方法檢驗了碳價發生結構突變的次數和時變點［7］。

Hurst指數是分形市場理論中描述市場有效性最關鍵的指標之一。目前關于Hurst指數最常用的是Peng等 （1994）提出的DFA分析方法，它是一種分析非平穩時間序列長記憶性及相關性強度的方法［8］。 當Hurst（H）值等于0.5時， 該時間序列是隨機的，具有獨立性，現在的信息不會影響未來的序列值，市場呈現弱有效性。當0≤H＜0.5時，表示該時間序列的變動是符合分形布朗運動規律的，呈現出反持續性的記憶特征。當0.5＜H≤1時，表示該時間序列是持續性的，即具有長期記憶性。

當用Hurst指數描述市場有效性時，現有的文獻通常不考慮市場結構突變的問題［9-14］，但是Hao（1996）等的研究表明，忽略結構突變的建模過程可能會導致檢驗結果與真實情況之間存在誤差，甚至得到錯誤的結果［15］。因為市場結構突變意味著市場將呈現與以往不同的持續性特征，故基于市場結構突變點的Hurst指數 （Hurst Index Based on Structural Breaks，HIBSB）是發現制約市場有效性的關鍵要素或變量，進而對市場進行改進與優化的重要途徑。可以通過尋找市場結構突變點，定量地考查市場持續性特征的變動區間及其邊界，并將其作為有效性演變分析的區域。采用HIBSB的意義在于通過HIBSB，有可能將市場靜態、宏觀和粗線條的有效性指標，轉變為動態、微觀和細化的指標；通過定量、細化和動態地描述市場的有效性，將為發現引發市場有效性演變的關鍵要素或變量提供有力佐證，進而為分析關鍵要素或變量之間的相互作用機制提供科學依據。

1 主要研究方法及其相關算法

1.1 均值結構突變點的檢驗方法

Bai-Perron （1989， 2003）［1，6］提出了內生多重結構突變檢驗法，同時克服了外生結構突變檢驗和其他內生結構突變檢驗方法存在的缺陷。他們在大樣本的理論基礎上，提出了多個檢驗結構突變的統計量，主要包括判斷序列是否發生結構突變的SupFT（k）統計量、UDmax和WDmax統計量，以及判斷結構突變位置的SupFT（i｜1+i）統計量、信息準則統計量 （BIC、LWZ）等，其具體檢驗步驟如下：

（1）樣本量為T的數據生成過程，其計算公式如式 （1）所示。

其中：j＝1，2，…，m+1；yt為因變量；xt、zt為自變量；β、δj為系數向量；Ut為殘差項；m為突變次數；T1，…，Tm為結構突變點。

（2）利用最小二乘法得到每個可能突變點的β和δj，求出不同分割形式下的全局殘差平方和，如式 （2）所示。

（3）對不同分割形式下的殘差進行比較，選出具有最小殘差平方和的分割形式，詳見式 （3）。

根據UDmax和WDmax判斷結構突變點是否存在，如果存在，再利用SupFT統計量和信息準則統計量BIC和LWZ確定結構突變點的位置和個數。

1.2 DFA方法

消除趨勢波動分析 （Detrended Fluctuation A-nalysis，DFA）計算過程包括以下4個主要部分：

長度為N的時間序列 ｛xk，k＝1，2，3，…，N｝，它的累積離差序列如式 （4）所示。

（1） 將y（i）以長度為n等長分割為不相關的小段，在每段上擬合最小二乘直線或多項式曲線，作為該段的局部趨勢 （Local Trend），得到每個區間的擬合函數yn（i），計算累積離差序列y（i）的波動均方根，得到如式 （5）所示波動函數F（n）的計算公式：

（3）如果時間序列 ｛xk｝長程相關，則波動函數F（n）與n滿足式 （6） 關系：

（4） 雙對數坐標下， 對 ln［F（n）］與 ln（n）的散點圖用最小二乘法擬合直線，得到直線率，即Hurst指數。

1.3 HIBSB定義及其計算

HIBSB的定義：對給定總長度為N的時間序列Ri，其中i＝1，2，…，N； 假設其中存在M個結構突變點Bj（j＝1，2，…，M）， 以時間序列的起點、M個結構突變點和時間序列的終點為邊界，組成M+1個HIBSB， 其子區間為Sk（k＝1，2，…，M，M+1），則基于市場結構突變點的Hurst指數，即HIBSB＝｛Hurst（Sk）｝。

HIBSB的計算流程如圖1所示。首先定義了擬考察的碳市場收盤價時間序列的邊界，即起點和終點，然后逐一判斷Ri是否是結構突變點，從而得到突變點的位置和數目N，再以各個突變點為分界點，將時間序列劃分為幾個分段，并計算各個分段的Hurst值。

2 實證分析

2.1 碳市場的選取及其特點

本文選擇了歐盟碳市場、中國湖北和上海碳市場的每日收盤價為研究對象。所選取的3個碳市場的特點分別如下：（1）歐盟碳市場從2005年1月開始運行，是目前世界上運行時間最長且規模最大的碳市場。目前為止一共經歷了3個階段，第一階段：2005～2007年；第二階段：2008～2012年；第三階段：2013～2020年；（2）湖北碳市場是我國8個碳交易試點市場中規模最大的，自交易以來，總開戶數、市場參與人數、成交量、成交額、交易連續性等有效指標都居于全國第1位；（3）上海碳市場則是依托于上海這個國際金融大都市，建立了較為完整的碳排放交易制度和體系，采用完全公開透明的市場化方式運作，交易方式高效敏捷。由于3個碳市場中，湖北碳市場是最晚開始運營的，為了方便比較，本文將3個碳市場的考查時間統一設定為從2014年4月2日到2019年11月29日為止。

圖1 HIBSB的計算流程

2.2 基于結構突變的有效性分析

2.2.1 3個碳市場的結構突變點檢驗

表1 Bai-Perron均值結構突變點檢驗結果

從表1可見，在5%的顯著性水平下，UDmax Statistic和WDmax Statistic都分別大于它們的臨界值Critical Value，表明原序列存在結構突變點。而根據F統計量的值可以看出，檢測出的5個結構突變點的F統計量都顯著大于其對應的臨界值，表明在樣本期間一共發生了5次均值結構突變。

表2 LWZ突變點檢驗結果

為了使檢測結果更為準確，采用LWZ Criterion進一步核實序列發生結構突變的次數和位置。由表2可見，5個結構突變點都通過了LWZ的檢驗。故歐盟碳價在 2014／04／02～2019／11／29 期間， 共有5次結構突變點。

圖2給出了歐盟價格原始序列和殘差樣本內擬合的情況，從中可以看出，每一個波動區間內部都有不同的價格生成規律，進一步證實了結構突變點的次數和位置。

同理，可得到湖北和上海碳市場的結構突變點。本文將3個碳市場結構突變點與國內外相關的重大事件做了相關聯系，如表3所示。

圖2 歐盟碳價原始序列與殘差擬合圖

表3 3個碳市場的結構突變點所對應的國內外重大事件

續 表

從表3可以看出，每一個結構突變點附近都有其相對應的重大政治、經濟事件的發生，而這些內外環境的變化，必然在很大程度上促使政府提出相應的碳改革政策等，相關企業也會對這些政策做出反應，繼而引發碳市場有效性發生對應的變化。

2.2.2 Hurst指數計算

下文基于去趨勢波動分析 （DFA）計算各個碳市場的Hurst指數。表4給出了3個碳交易市場基于各結構突變點為分界點，不同時間分段的Hurst指數及其演變示意圖。

2.2.3 有效性分析

本文認為，不同程序中不同的價值導向在起最終的作用。在專利授權程序中，權利要求理解的價值導向在于：促使專利申請人修改申請文件從而以更加明確的措辭或術語來限定其保護范圍。在專利確權程序中，權利要求理解的價值導向在于：既要考慮授權權利要求的公示作用，又要考慮其實際技術貢獻，從而更好地在保護專利權人的創新與由權利要求公示作用所體現的保障公眾合法權益之間維持平衡。在專利民事侵權程序中，權利要求解釋的價值導向在于：對一項具有技術貢獻的發明匹配合理的保護范圍從而作出侵權與否的判斷。不同的價值導向使得不同程序中權利要求保護范圍的理解和解釋的基本規則不盡相同。

根據表4給出的Hurst指數的計算結果，進行相關分析。

（1）當不考慮結構突變點時：歐盟、湖北和上海3個碳市場從2014年4月2日至2019年11月29日Hurst指數分別為0.6542、0.5879和0.6278，均大于0.5。由此表明了3個碳市場都不滿足隨機游走分布條件，即3個市場都不屬于完全有效市場，碳市場價格序列均具有長期記憶性，其中未來市場價格走勢延續目前趨勢的可能性由小到大排列分別為湖北、歐盟和上海。

（2）當考慮結構突變點時：歐盟、湖北和上海3個碳市場的情況分別如下：

①歐盟碳市場在2014年4月2日至2019年11月29日的時間段內共有5個結構突變點，此時間段正處于歐盟碳市場的第三階段，由于前兩個階段碳配額政策的失敗，歐盟碳市場碳配額供給遠遠大于排控企業實際需求，故碳價持續低迷，市場流動性差。在這樣的情況下，碳價對外部因素更為敏感，非常容易受到外界政治經濟等條件變化的影響從而使碳價發生結構性的變化。如表3中列出的重大事件，希臘威脅退出歐盟、巴黎氣候大會談判不順、美國提出可能退出 《巴黎協定》等都對歐盟碳市場的內外部環境造成很大沖擊和影響。因此在考察區間內Hurst演變軌跡呈發散態勢，偏離0.5較遠，整體非理性突出，即市場受信息制約和影響嚴重。

在這樣的背景下，2018年2月和2019年初，歐盟分別通過了碳市場第四階段的改革方案和開始啟動市場穩定機制MSR，這兩個政策的發布及實施，拉動了碳價的回升，同時市場有效性開始越來越具有長期記憶性，雖然比起2018年之前歐盟碳市場的有效性有所提高，但是其進一步的發展仍然有待實證分析和考察。

②湖北碳市場在2014年4月2日至2019年11月29日的時間段內共有3個結構突變點，而上海碳市場在此期間內共有4個結構突變點。湖北碳市場的結構突變點都正好處于政府或企業制定下一年度的碳監測計劃或履約期附近，年末時碳交易比較活躍，是因為一些企業開始按照工作計劃提前儲備配額或出售配額；而履約期則是因為大部分企業為了按時完成履約配額，導致在這一階段左右交易需求量增大，從而發生結構突變。為了改善這一問題，湖北省出臺了一系列政策，其核心思想包括：（a）分配額度的科學化。2017年碳配額分配方案變為通過基準年的碳排放量乘以企業實際生產月份占全年月份的百分比進行配額分配，消除了企業產能變動導致的大規模盈余碳配額出現； （b）湖北碳市場放開對投資人的限制。大力鼓勵境外投資者的參與，促進市場投資者多元化；（c）設置低碳產業投資引導資金，依靠基金杠桿作用撬動更多社會資本進入碳市場，降低碳產業融資成本。以上舉措大大增強了市場流動性，是湖北碳市場初步形成有利發現和施放碳價格信號的機制，為其弱有效市場建立且向好發展奠定了基礎。上海也在多個方面對碳市場進行改進，出臺了一系列涉及交易、監管、法律等方面的規則和政策，對上海碳市場有效性的演變發揮了重要作用。如2014年、2015年上海環境能源交易所發布 《關于申報上海碳排放交易機構投資者的通知》、《關于修改碳排放交易規則的通知》等，包括：控排主體范圍逐步擴大；通過“自上而下”和 “自下而上”的配額總量控制目標；形成較為公平且符合上海實際的配額分配方法；形成較為科學、具有可操作性的核算方法和核查制度；制定 “1+6”的交易規則和體系；形成由法律手段、行政措施和技術平臺組成的監管和保障體系，使上海始終保持100%履約。可能是受到中美貿易戰經濟大環境的影響，2018年3月份上海碳市場發生了一次結構突變。

表4 3個碳市場Hurst指數和HIBSB示意圖

這些結構突變點符合兩個試點地區各自的實際情況和特色。湖北省作為我國的工業大省，其對碳減排的重視程度很大程度上取決于國家政策導向。而上海作為國際第四大金融城市，碳市場與金融市場密切結合，不斷加強產品創新，形成了借碳、回購、質押等創新服務。因此較容易受到金融市場動蕩的影響。在這樣的內外環境下，2018年6月和9月，國務院和生態環境部分別提出了《關于全面加強生態環境保護，堅決打好污染防治攻堅戰的意見》和 《進一步深化 “放管服”改革，推動經濟高質量發展的指導意見》。湖北省在2018年6月出臺了 《2018年湖北省碳排放權抵消機制有關事項的通知》，進一步規范抵消機制，鼓勵減排。上海則在2018年7月提出了上海市碳排放核查工作規則 （試行）和上海市溫室氣體排放核算與報告指南 （試行）兩個文件。進入2019年之后，兩個試點碳市場都沒有發生結構突變，可能預示著市場的流動性提高、交易量分散等良好的市場反應。

從以上分析可以看出，隨著內外環境的不斷演變，國家、湖北和上海從政策、法規等多個方面不斷創新、完善，提升了試點碳市場的有效性，使兩個碳市場的Hurst值的演變軌跡始終圍繞在0.5上下波動，前者與0.5的最大偏離量為0.0879，后者與0.5最大偏離量為0.1278，這預示了弱有效市場具有良好發育狀態和趨勢向好的可能性。

3 結論與建議

3.1 結 論

本文將結構突變點和Hurst值組合在一起構成了HIBSB，對歐盟、湖北和上海碳市場從2014～2019年的市場有效性進行了分析，得出以下基本結論：（1）歐盟碳市場的結構突變點最多，即歐盟的碳價最容易受到外界經濟、金融和政治事件的影響。而湖北和上海碳市場的結構突變點均少于歐盟的結構突變點，且主要是受到履約期等的影響，說明國內碳市場相比歐盟碳市場更穩定，但流動性仍然不夠；（2）不考慮結構突變點的Hurst值要高于考慮結構突變點的分段Hurst值。即通過采用HIBSB對市場有效性進行量化考察，為發現引發市場有效性演變的關鍵要素或變量提供了新途徑；（3）湖北和上海碳市場基于本地特點實施的一系列創新舉措，有效提升了市場的有效性，使得兩個市場都呈現趨近弱勢有效市場的良好發展趨勢，而歐盟碳市場則偏離弱有效市場，朝顯著長期記憶性的方向發展。

3.2 建 議

總體上，湖北和上海試點碳市場的市場有效性表現還是不錯的，但是距離達到完全的弱式有效還有一定的距離，因此提出以下3點建議：（1）擴大市場流動性，可進一步減少碳價格序列的結構突變點，使價格序列更穩定，更不易受外界經濟、金融、政治和履約期等影響；（2）建立公平合理的碳配額分配機制，從上文的分析來看，歐盟的市場有效性并不好，可能的原因是歐盟的免費配額過多，供大于求，使得價格過低，進而影響市場有效性；（3）根據碳減排形勢發展和本地實際的經濟等情況適時對碳政策、交易機制和環境進行調整優化。