天然气期货影响因素及定价模型研究

摘要

天然气单位热值高、排污少，是一种绿色环保洁净的优质能源。近几十年来，随着经济的快速发展，能源需求越来越大，尤其是天然气。但天然气具有运输不便及存储成本较高等特点，其供应无法满足季节性需求，即天然气价格具有强烈的季节性。另外由于受政策政治因素、供求关系及飓风天气影响，天然气价格波动常常出现跳跃性。近几年来，天然气价格的剧烈波动，对美国天然气期货市场带来了很大的冲击。天然气期货价格是天然气期货交易机制的核心要素，是天然气期货市场运行状况的反映。合理、有效的天然气期货价格形成，不仅可以起到预期、先导作用，弥补现货价格滞后性的不足，而且能够引导投资和保值，使社会资源实现有效配置。因此研究天然气期货定价模型及影响因素具有重大意义。
　　本文首先介绍了天然气期货价格的影响因素及价格序列的检验方法；其次考虑了天然气期货价格和现货价格间的动态关系，采用了Copula函数来度量天然气期货价格和现货价格间的非线性相关性；然后考虑天然气价格波动的跳跃性，提出了带有跳跃性的天然气期货价格模型，采用高斯化滤波器处理非高斯分布变量；最后将金融领域的产品定价理论应用到天然气期货市场，分析天然气期货市场的不完全性及期货价格受季节性影响的问题。本文的主要工作与创新如下：
　　①针对天然气期货价格和现货价格序列联合分布问题，目前现有文献常常假设天然气收益率服从正态分布，并利用相关系数法来度量天然气期货价格和现货价格的相关性。但研究表明天然气价格收益率具有显著的尖峰、厚尾和异方差现象，且期货价格和现货价格收益率序列间表现出强烈的非线性特征，因此相关系数法无法捕捉天然气价格序列间的非线性相关关系和尾部相关性。本文结合GARCH模型和Copula函数优势，考虑了天然气期货价格和现货价格间相关结构的时变性，构造了天然气期货价格和现货价格收益序列的时变 Symmetrized-Joe-Clayton Copula（GARCH-Normal、GARCH-GED和GARCH-t）模型，在此基础上对天然气现货价格和期货价格的关系进行分析。
　　②对于天然气期货价格受跳跃性因素影响的问题，目前为止还没有研究引入跳跃过程描述天然气价格的变化。本文提出了与天然气随机便利收益模型等价的三因素模型。在该模型的基础上，考虑价格的跳跃性，并建立了带有跳跃性的天然气期货价格模型。采用高斯化滤波器处理非高斯变量。在此基础上，利用纽约商品交易所（NYMEX）的天然气期货日常价格数据对模型进行实证分析。结果表明，与传统的模型相比，考虑价格跳跃性的期货定价模型具有更好的拟合效果和预测能力。
　　③针对天然气期货价格受季节性因素影响的问题，本文考虑了天然气期货市场的不完全性及季节性因素，建立了不完全市场具有季节性因素的天然气期货期限结构模型。以短期偏离、中期偏离、长期均衡和季节因素满足的微分方程为切入点，将这四个因子导致的波动率分为不完全和完全两个部分，建立状态空间转移方程（可用于处理服从马尔科夫过程且不可观测的变量），利用纽约商品交易所（NYMEX）的天然气期货日常价格数据，通过卡尔曼滤波和极大似然函数法估计短期偏离、中期偏离、长期偏离和季节性因素导致的天然气期货市场不完全参数及模型的其它参数。实证结果表明：由于天然气期货市场的不完全性而造成的现货价格的波动主要归因于短期偏离、中期偏离和随机季节性因素；天然气价格具有随机季节性，且季节性周期为一年。

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 文献综述

1.3 论文的结构和创新

2 基础理论介绍

2.1 天然气期货推出的历程和市场条件

2.2价格序列检验方法

2.3 Copula函数在资产间的相关性分析中的应用

2.4 随机贴现因子定价理论

2.5 GARCH模型在波动性建模方面的应用

2.6 本章小结

3 天然气现货价格和期货价格间的动态关系研究

3.1时变 Copula函数相关介绍

3.2 时变Copula函数模型

3.3 数据的描述与统计特征

3.4 尾部相关性分析

3.5 本章小结

4 天然气价格波动跳跃性的实证分析

4.1 天然气价格波动特征描述

4.2 具有跳跃因素的天然气价格波动模型

4.3 模型的估计方法

4.4 实证分析

4.5 本章小结

5 考虑跳跃性因素的天然气期货定价模型及实证分析

5.1 天然气期货期限结构的三因素模型

5.2 天然气价格的跳跃性和均值回复过程的检验

5.3 带有跳跃性的天然气期货价格模型

5.4参数的估计方法

5.5 模型应用及验证

5.6 本章小结

6 考虑季节性因素的天然气期货期限结构模型研究

6.1 天然气价格季节性检验

6.2具有确定季节性因素的天然气期货期限结构模型

6.3 具有随机季节因素的天然气期货期限结构模型

6.4 估计方法及数据的选择

6.5 参数估计

6.6 模型能力评价

6.7 本章小结

7 结论与展望

7.1 主要研究结论

7.2 未来研究展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读博士学位期间发表的论文及奖励

B.作者在攻读博士学位期间参与的科研与学术活动