基于石油产业链的我国原油期货市场动态相关性研究

■王世文，侯依青

国际原油价格剧烈波动，将给石油产业链相关企业带来较大的风险。我国原油期货上市为企业提供了套期保值与风险对冲的工具，对于增强金融服务实体经济能力有着重要意义。本文从石油产业链角度，运用时变相关Copula函数来拟合我国原油期货、沥青期货以及聚丙烯期货收益率之间的动态相关性。实证结果表明：我国原油期货与国内化工类期货价格联动加强，与沥青期货下尾相关性表现最显著；相较国际原油期货，我国原油期货对化工类企业进行套期保值与对冲风险更具有优势，但其在石油产业链相关期货价格传导系统中的核心地位尚未确定，影响力还需进一步提升。

一、引言与文献综述

随着金融衍生市场深化，原油的金融属性日益凸显。作为全球第二大原油需求国和最大原油进口国，我国一直缺乏石油定价的话语权，国际原油价格波动易对我国经济发展造成外部冲击。作为我国首个国际化期货品种，我国原油期货的推出一定程度上改变了我国在国际石油定价上的被动局面，为企业规避价格风险提供了市场工具。自2018年挂牌上市以来，市场整体运行平稳，成交量和持仓量均稳步增长，已跃居亚洲市场交易量最大的原油期货，跻身全球前三。但在交易量快速上涨的同时，市场风险防控也成为交易所不可忽视的挑战。对中国原油期货市场进行量化分析有助于把握其价格波动规律，对完善市场机制、防范交叉性金融风险和增强金融服务实体经济能力有着重要意义。

国际原油期货市场间的价格引导关系一直是热点问题，众多学者将研究对象集中于WTI、Brent原油期货市场，检验二者的信息溢出效应。虽然研究结论并不一致，但大多认为WTI原油期货在信息溢出上占优势。而我国原油期货上市还处于起步阶段，与国内外金融市场的价格联动尚不稳定，选取我国原油期货市场作为研究对象的量化研究也主要聚焦于与国际原油期货市场的溢出效应研究。张大永和姬强（2018）通过构建收益率和波动率的静态和动态网络，研究发现我国原油期货与国际基准原油之间的信息关联密切，与股票市场以及汇率市场之间的关系相对较弱。但高丽和高世宪（2019）有关研究结论与上述结论存在不同，该学者通过构建SVAR模型发现国际原油期货市场间存在非对称的溢出效应，国际原油期货对中国原油期货存在单向溢出影响。总体来看，大部分研究表明我国原油期货上市后与国际原油期货初步融合，信息传递效果较好，但其国际影响力还有待增强。

有关石油产业链期货市场间的价格引导关系研究在国外受到较早关注，且研究对象丰富。Tse&Booth（1997）、Ewing et al.（2002）、Manera et al.（2013）、Trujillo et al.（2012）等学者对原油期货、燃料油期货、汽油期货、天然气期货、乙醇期货等之间的溢出效应进行研究，均发现同属上下游产业链的期货关联度更高，存在更显著的波动溢出效应。而我国石油下游产品主要为成品油和化工类产品，对于石油产业链期货市场间溢出效应的研究较多集中于国际原油期货品种与国内化工类期货之间，众多学者研究发现作为产业链源头的原油期货对中下游期货均产生单方面的正向溢出效应，并且处于金融危机与石油暴跌期间的溢出程度都会增大。但目前我国原油期货市场相关研究结论与其恰恰相反，段进东和段义鑫（2019）对我国原油期货与国内化工类期货的价格关联性进行实证研究，发现我国原油期货价格在短期受自身影响较多，长期才会受化工板块价格走势影响，表明我国原油期货市场有效性较弱，价格核心作用尚未发挥。

石油市场金融属性日益凸显，与金融市场间的信息联系越发紧密，主要体现在与传统股债汇市场的联动关系，研究二者溢出效应也是当前国内外研究热点之一。张大永和姬强（2018）、曹剑涛（2019）研究发现我国原油期货市场对汇率市场影响微乎其微，更多地受国外原油期货价格和利率变动影响。但同时诸多学者发现国外原油期货市场往往对我国市场产生显著影响，王朝阳等（2018）研究发现原油期货价格（NYMEX）对我国新能源股票价格存在单向均值溢出效应。高丽和吕美伦（2019）发现WTI原油期货与我国A股工业指数存在显著正相关，与汇率存在显著负相关。

从已有研究看，当前有关我国原油期货市场研究偏重于市场建设与发展的理论探讨，量化研究相对较少且多集中于国际原油期货市场间价格引导关系分析，而对我国原油期货价格与石油产业链期货价格的传导机理研究甚少。其次，研究方法多采用协整理论、Granger检验、VAR模型及GARCH模型等，偏重于静态视角研究，缺少动态视角下的考量。因此，本研究拟运用时变相关Copula函数，动态分析原油价格的非线性相关性、尾部相关性以及非对称相关性，在构建GARCH边缘分布基础上，建立t-Copula、Clayton-Copula、SJC-Copula联合分布模型，研究我国原油期货市场与中下游产业链期货市场之间的动态关联性，有利于丰富完善中国原油期货市场溢出效应研究，从而掌握其动态相关性，为完善我国原油期货市场和防范市场风险提出对策建议。

二、基于时变相关Copula-Garch模型的实证分析

（一）数据选取及处理

我国石油上下游产业链关联紧密，下游产品主要为成品油和化工类产品。当前国内期货交易所共上市10种化工类期货，从上市时间、原料来源、实际交割物等方面，考察不同化工类期货与中国原油期货的关联性与价格走势一致性，发现沥青期货、聚丙烯期货与中国原油期货价格波动关联最为紧密。因此，本文选取上海期货交易所（上期所）的原油期货（YY）、沥青期货（LQ）以及大连商品交易所（大商所）的聚丙烯期货（PP）的日收盘价作为样本原始数据，数据均来源于Wind金融终端，样本区间为2018年3月26日～2019年8月14日，三组样本共计1014条数据。对数据进行以下对数变换来计算所得收益率：

其中，Pt为各期货的日收盘价序列，Rt为对数变换后的收益率序列，t=1，2，…，T，T=338。分别记为原油期货收益率（YYR）、沥青期货收益率（LQR）和聚丙烯期货收益率（PPR）。

（二）描述统计及相关检验

对中国原油期货收益率、上海沥青期货收益率和大连聚丙烯期货收益率进行描述统计分析，由表1可以看出各期货收益率均值都比较小，不同期货收益率差距不大且分布在0周围。但从标准差来看，各期货收益率的波动性均较大，其中波动幅度最大的是原油期货收益率，其次为沥青、聚丙烯期货收益率，结果均符合各期货品种特点；从偏度和峰度来看，各期货收益率的偏度均小于0，峰度均大于3，属于左偏的高峰厚尾概率分布，其中聚丙烯期货收益率序列的左偏厚尾特征最显著；从J-B统计量来看，伴随概率值均小于0.01，说明在1%置性水平下各收益率均为非正态分布。

表1 各期货收益率基本统计量

通过ADF检验得出各统计量均小于临界值，伴随概率均接近于0，说明数据具有稳定性。为判断各期货收益率序列是否存在相关性，对其进行滞后12期的自相关和偏自相关性检验，发现YYR与LQR均不存在显著自相关性表现，而PPR在处于滞后6期和9期时表现出微弱自相关性。但同时计算发现YYR与PPR的Ljung-Box Q在1%置信水平下的P值均接近于0，说明该情况下存在自相关关系，但LQR取平方后的序列仍不存在显著自相关性表现。对序列进行ARCH-LM检验，发现YYR处于2阶、PPR处于3阶情况时存在明显ARCH效应，但LQR无论低阶、高阶情况下均不存在ARCH效应。

此外，本研究在稳定性检验与滞后阶数确定基础上，建立二阶向量自回归模型，通过Granger因果检验来确定各期货收益率之间的信息传递方向，发现仅聚丙烯期货对中国原油期货和沥青期货存在单向格兰杰因果关系，反之均不存在格兰杰因果关系，表明我国原油期货在石油产业链相关期货价格传导系统中的核心地位尚未确定，影响力还需提升。

（三）构建边缘分布模型

鉴于各期货收益率序列的描述统计及相关检验结果，GARCH模型可以用于描述该类具有条件异方差特性时间序列的条件边缘分布。大量实证研究表明，GARCH（1，1）模型在众多GARCH（p，q）模型中，可以较好地拟合具有时变、偏斜、高峰、厚尾等特性的金融时间序列的边缘分布，其中GARCH-t能较好刻画该类序列特性。因此，本文选取GARCH（1，1）-t模型来刻画YYR与LQR序列，选取AR（1）-GARCH（1，1）-t模型来刻画PPR序列，并采用两阶段极大似然估计法进行参数估计，结果如表2所示。

表2 各期货收益率边缘分布模型的参数估计

表2中三组期货收益率的参数β值均大于0.89，该值较大表明各序列的波动特性和高峰厚尾分布特性较显著。参数α与β相加均在0.96左右，该值越接近于1，表明模型在当前约束条件下越稳定，拟合效果越好。而自由度υ与序列的尾部分布形状紧密相关，自由度υ越小表明尾部越厚，而尾部分布越厚的序列出现极端值的可能性就越大，LQR、PPR相较YYR尾部较厚，三者差异较大。从边缘分布模型中提取三组期货收益率的标准残差序列，对其进行概率积分转换得到新序列，同（0，1）均匀分布进行K-S检验。结果显示，K-S统计值在显著性水平5%下接受原假设。同时对新序列进行自相关检验，发现各序列均不存在自相关。综合以上，可说明新序列均服从i.i.d（0，1）均匀分布，GARCH（1，1）-t模型与AR（1）-GARCH（1，1）-t模型可以较好地拟合数据。为进一步验证此结论，从边缘分布模型中提取各期货收益率的残差序列，并对其进行ARCH-LM检验以及与t分布的Q-Q图，结果显示，YYR、LQR和PPR的残差序列与t分布的Q-Q图可以较好地契合。

（四）时变相关Copula模型构建及分析

1.时变Copula模型的选取

为了描述中国原油期货收益率与沥青期货收益率、聚丙烯期货收益率边缘分布之间的动态相关关系，本文基于 GARCH（1，1）-t模型和 AR（1）-GARCH（1，1）-t模型确定的边缘分布模型，运用时变相关的二元t-Copula、Clayton-Copula以及SJC-Copula函数来拟合，函数定义如下：

（1）时变相关的二元t-Copula函数。与时变相关的正态Copula函数相比，该函数对尾部相关系数的变化更敏感，可描述对称的上下尾部相关性，相关参数ρ是时变的，其分布函数、时变相关参数演进方程及上下尾相关系数表达式如下：d+2

（2）时变相关的二元Clayton-Copula函数。该函数尾部呈非对称性特点，对下尾相关系数的变化更敏感，可以更好地捕捉当市场处于负面情况时，金融市场之间相关关系的变动情况，其分布函数、密度函数及时变相关参数演进方程表达式如下：

其中，∧（·）=e-x，该logistics转换函数使τ∈（0，1）。

（3）时变相关的二元SJC-Copula函数。该函数是基于Joe-Clayton Copula修正而来的，可描述非对称的上下尾部相关性，相关参数τ是时变的，其分布函数、时变相关参数演进方程表达式如下：

2.时变Copula模型的参数估计与评价

表3 三种时变相关Copula模型的参数估计结果

通过构建上述时变Copula模型对国内石油产业链期货收益率序列之间的动态相依关系进行刻画，并采用两阶段极大似然估计法进行参数估计，结果如表3所示。持续性参数反映ρt-1对ρt产生的正负向影响情况，其中基于时变t-Copula、Clayton-Copula模型拟合下，分别是YYR-LQR之间正向影响最强、LQR-PPR之间负向影响最强。而基于时变SJC-Copula模型拟合下，三组期货收益率之间的持续性参数值情况各不一样，但总体体现为LQR-PPR之间的影响程度最强，且下尾影响程度强于上尾。外生变量参数则反映外生变量对变量间相关性的影响，该影响在时变t-Copula模型拟合下微乎其微，而其他两种模型拟合下的影响较复杂，外生变量参数值的正负大小情况差别较大。根据AIC信息准则和对数似然值来衡量不同时变Copula模型拟合优良性，YYR-LQR相关性与YYR-PPR相关性采用时变t-Copula函数拟合效果最佳，时变SJC-Copula函数拟合效果次之；而对于LQR-PPR相关性来说，拟合效果最佳的是时变SJC-Copula函数，时变Clayton-Copula函数拟合效果次之。

图1 基于t-Copula模型拟合下的动态相关关系图

根据时变Copula模型的参数估计和拟合结果，发现整体上时变t-Copula和SJC-Copula的拟合效果最佳，为便于对期货收益率之间尾部相关性的进一步讨论，选取了对对称上下尾部变化更敏感的时变t-Copula及对非对称上下尾部变化更敏感的时变SJC-Copula两种Copula函数。图1为基于时变二元t-Copula模型拟合下的三组收益率之间的动态相关性图，从左至右依次为YYR-LQR、YYR-PPR、LQRPPR，其动态性均表现为围绕均值上下波动的时变特征。三组动态相关系数的均值依次为0.6263、0.2603、0.4478，其中，我国原油期货与沥青期货之间的相关性最强，沥青期货与聚丙烯期货的相关性次之，较高的尾部相关性反映出我国原油期货与化工期货之间的联动情况较好。三组动态相关系数的极差依次为0.3984、0.0370、0.0997，发现原油期货与沥青期货收益率的相关性波动幅度较大，二者关联性于2018年12月～2019年1月波动加剧，呈现出先扬后抑的走势。这主要是受季节性错配影响，冬季往往是取暖油需求旺季，原油需求增加供应减少，相反沥青由于其物理特性在低温时容易凝固，在冬季需求极低，两种商品期货价格出现背离，导致原油期货与沥青期货相关性在该时间段产生较大差异。这说明了沥青虽为原油下游产品，但成本端原油期货价格对其价格产生的影响有限，供求关系也是影响沥青价格的重要因素。

图2 基于SJC-Copula模型的YYR与LQR动态相关关系图

图3 基于SJC-Copula模型的YYR与PPR动态相关关系图

图4 基于SJC-Copula模型的LQR与PPR动态相关关系图

由图2～图4可见，基于时变二元SJC-Copula模型的三个期货收益率之间的上下尾动态相关性均表现出围绕均值上下波动的时变特征。从YYRLQR来看，下尾和上尾动态相关系数均值分别为0.4990、0.4767，上下尾相关性差别较小，反映出一个市场下跌会引发另一个市场也下跌的可能性较大，但该可能性发生几率较小，实体企业对于原油与沥青跨品种套保可以采取更灵活的策略。从YYRPPR来看，下尾和上尾动态相关系数均值分别为0.2720、0.0709，整体情况与 YYR-LQR 类似，但YYR-PPR整体相关性显著弱于YYR-LQR整体相关性且上下尾相关性差别较大，反映出在原油与聚丙烯价格下跌时，实体企业采取跨品种套保行为会更合适。从LQR-PPR来看，下尾和上尾动态相关系数均值分别为0.3714、0.4095，相较原油期货，沥青期货与聚丙烯期货的相关性峰值最高且波动幅度最大，反映出二者相关性稳定性一般，一种期货价格上涨时投资者采取另一品种期货做多策略更适宜。

三、我国原油期货市场相关性比较分析

（一）相较国际原油期货，我国原油期货与化工类期货联动性更具优势

国际原油价格波动剧烈，与国际原油期货相比，我国原油期货在企业套保对冲方面是否更具优势？为此，本文选取相同样本区间的Brent、WTI原油期货收益率，运用时变SJC-Copula-GARCH模型分析二者比较关系，结果如表4所示。从相关系数均值来看，我国原油期货与沥青期货的相关系数已是外盘国际原油两倍多，但聚丙烯期货上下尾相关系数表现不一，上尾相关性略低于外盘国际原油期货。这反映出随着我国原油期货上市和不断成熟，它与部分下游化工期货价格相关性已超过外盘国际原油期货，中小型涉油企业可利用我国原油期货来提高抵御原油价格波动风险的能力，但该能力还存在上升空间，部分下游化工期货价格相关性与我国原油期货关联性并不显著，还需进一步提升中国原油期货在石油产业链相关期货价格传导系统中的核心地位。

表4 INE、ICE、NYMEX原油期货与沥青期货、聚丙烯期货关联性比较

（二）自我国原油期货上市后，与化工类期货联动性整体增强

原油兼具商品、金融和政治三种属性，其与下游化工品价格联动变化受诸多因素影响，动态相关图显示不同期货品种关联性在2018年四季度至2019年一季度存在大幅下降，供需关系变动可能是造成关联性波动剧烈的主要因素。为进一步细化考察我国原油期货上市后，其与石油产业链相关期货联动情况，选取2019年2月28日为时间节点，将三个期货市场时变相关系数均值分为两阶段进行比较，时间跨度分别为2018年3月底至2019年2月底与2019年3月初至2019年8月中旬，结果如表5所示。从整体趋势看，我国原油期货自上市后与沥青期货相关性增幅较显著，并且上下尾相关性差距拉大，而原油期货与聚丙烯期货相关性偏弱且没有加强迹象。

表5 国内石油产业链期货市场间的时变相关系数均值比较

四、结论与建议

为考察我国原油期货市场有效性，本文采用三种时变相关Copula模型对石油产业链期货市场之间的动态关联性进行实证分析，得出三点结论：第一，我国原油期货自上市后与国内化工类期货价格联动加强，与沥青期货相关性增强表现得最显著，由0.6188提升至0.6414，但与聚丙烯期货上下尾相关系数表现不一，上尾相关性略低于外盘国际原油期货；第二，我国原油期货与两种化工类期货均是下尾相关性更强，其中，原油期货与沥青期货上下尾相关性差别较小，而原油期货与聚丙烯期货上下尾部非对称相关性特征显著；第三，相较国际原油期货，我国原油期货与化工类期货价格联动更紧密，套期保值与对冲风险功能已初步显现。但其与二者并不存在格兰杰因果关系，表明我国原油期货在石油产业链相关期货价格传导系统中的核心地位尚未确定，影响力还需提升。基于以上结论，结合中国原油期货实际发展情况，本文从实体企业、期货交易所及有关监管部门等方面提出以下建议：

第一，实体企业应积极引进期货交易专业人才，充分利用原油期货进行套期保值。当前我国原油期货市场交易者结构单一，石油产业链上的相关企业参与度低，这主要源于我国很多企业风险管理意识淡薄，对原油期货市场功能了解不多。专业人才和配套制度体系的跟进将有助于改善这一情况，帮助企业锁定价格波动风险。

第二，实体企业应重视跨品种套期保值策略差异性。我国原油期货与沥青期货上下尾相关性高且差别较小，对于相关企业可以采取灵活多样的套期保值策略。相反，我国原油期货与聚丙烯期货上下尾部非对称特征显著，对于相关企业在价格下跌时采取跨品种套保行为会更合适，但由于二者相关性不高，国际间同品种套保效果可能会优于同产业链不同品种间套保效果。

第三，完善期货市场品种体系，推动成品油期货上市。当前我国原油期货在国内成品油、化工品定价上的影响力较弱，国内成品油往往会受国际原油期货价格波动、汇率波动与全球政治事件等影响。若成品油期货上市，将形成原油与成品油期货的上下游产业链贯通，这对我国石油加工企业与成品油贸易企业积极利用期货品种特点参与经营将极有好处。

第四，完善期货市场交易制度与数据发布体系。原油期货的高流动性和透明度是确保市场价格发现功能发挥作用的前提条件，借鉴国际成熟原油期货市场经验，我国原油期货在涨跌幅限制、交割机制及交易平台等方面可以适时适度进行优化调整，建立动态的信息发布机制，公布石油行业全面数据来推动原油期货市场发展。