石油市场建模与预测

**章绪论 **节相关研究的背景和意义 “双碳”背景下，国家发展和改革委员会、国家能源局和科学技术部等政府部门下发了大量刺激清洁能源生产和促进能源转型的文件，如《“十四五”可再生能源发展规划》《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》《“十四五”能源领域科技创新规划》等。发展规划和实施方案等所承载的政府关切，一方面是实现“双碳”目标决心的体现，另一方面反映我国能源消费体量庞大，优化转型空间富余，而以石油为代表的传统化石能源仍将在今后较长一段时间内占据我国能源安全战略的重要席位。当前，我国石油对外依存度高达70%。《中国碳达峰碳中和进展报告（2021）》在实现“双碳”目标的关键路径规划中明确提出要稳油、增气，要把保障能源安全供给和经济社会平稳健康发展摆在首要位置。石油在我国能源安全和经济发展中扮演着如此重要的角色，不由引发我们的思考：哪些因素会影响油价？油价究竟如何影响经济生产？油价及其波动的可预测程度有多大？石油相关信息能预测资本市场走势吗？本书就上述问题展开深入研究。 本书研究兼具学术意义与现实意义。从学术意义上看，一是本书从一个相对全面的视角对包含油价的影响因素、油价对微观经济的影响、油价预测建模以及油价信息对股市的预测作用在内的课题展开研究，丰富了当前情境下石油市场相关领域的研究内容；二是本书基于理论机制研究，采用实证分析方法，对一阶和二阶石油价格变化的可预测性展开研究，研究结果对油价预测新因子的发掘和预测模型的改进均具有重要的启发作用；三是本书将观察到的油价变化特点、构建的油价预测模型以及发掘的油价信息应用于股价预测以及投资组合管理，从交叉领域的角度丰富了对应主题的研究。 从现实意义上看，本书的研究对宏观经济与市场投资者均具有重要价值。就宏观经济而言，与石油相关的能源危机早已从本质上变成了一个国家的政治策略难题，更有可能随时带来伴生性金融危机。本书对油价变动特点与影响因素、油价对微观公司层面的影响研究，以及油价及其波动的预测，有助于宏观政策制定者在深入了解油价变化机理的基础上，有的放矢地制定相关政策并促进政策落地显效。就市场投资者而言，本书对油价相关信息的介绍，特别是构建的油价预测模型能够用于指导投资组合，从而获得多元化收益。 第二节本书创新点和学术贡献 与已有研究相比，本书的创新之处主要体现在两个方面。 （1）在研究视角上，以往的石油市场研究往往聚焦于油价变动相关的某一种经济现象，未能从全局性、系统性的视角研究油价变化的背后逻辑及其与各经济要素间的内在联系。本书在现有研究的基础上，从全局视角出发，厘清油价变动的来龙去脉，并对其进行建模预测和应用，在研究主题和视角上具有一定的创新性。 （2）在研究内容上，本书由油价变动特征及影响因素、油价对微观企业的影响、油价及其波动的预测，以及运用油价信息预测股市收益这四个部分组成。每个部分均包含各自的创新点，从而使全书内容具有较大的创新性。例如，油价影响因素部分，将油价变化分解为石油供给冲击、美国需求冲击、中国需求冲击、预防性需求冲击和衍生品市场投机冲击，从而既可以评估中国相对于美国石油需求对油价变化的影响，也可以评估投机行为与石油市场经济基本面相比的作用；油价对微观企业的影响研究部分，公司现金持有与油价风险敞口关系的话题本身就具有创新性；油价及其波动的预测部分，提出一种两步法，通过解决因冗余变量引起的过拟合问题来提高实际油价的可预测性；使用油价信息预测股市收益部分，利用油价上涨所包含的信息同时揭示了股票收益的样本外统计可预测性和经济可预测性，使投资者和决策者能够切实了解油价信息的用处所在。诸如此类具体的创新点在各章中都有明确提及，此处不再赘述。 第三节结构概览 本书共分为八章，具体的结构安排如下。 **章是绪论。该章的任务是简要介绍研究背景和意义，指明创新点，以及阐述本书的结构安排。 第二章是国内外研究回顾。该章通过回顾有关油价影响因素、石油价格预测和石油价格波动率预测的以往文献，梳理不足之处和可供借鉴的地方。 第三章是石油价格变化特征分析。该章基于经济基本面和衍生品市场投机行为两个层面，分析石油价格的变化特征及其影响因素，如石油供给、石油需求、投机行为、汇率和页岩油产量等，从而为后面的实证分析做铺垫。 第四章是石油价格对企业的影响。考虑到石油是重要的能源要素，而投资是企业创造价值的主要途径，该章从理论和实证层面分析油价与公司投资的关系，同时引入宏观经济条件、行业竞争和公司初始投资状态等因素以深化研究。在厘清油价-投资关系的基础上，该章进一步以制造业企业为样本，采用数理推导与实证分析相结合的方法，分析公司应对油价波动的现金持有政策，从而在分析企业应对措施的基础上了解石油价格对企业的影响。 第五章是国际石油价格预测。该章分别从时变参数模型预测组合的构建，以及宏观经济变量和技术指标的选取这两个角度开展实际油价预测。具体而言，分别在两种情况下比较预测模型与基准模型在不同样本外期限中的预测性能：**种是使用单变量时变参数（time varying parameter，TVP）模型实时预测组合；第二种是分别构建基于宏观经济变量、基于技术指标以及二者组合的预测模型。前者专注模型改进，而后者关注预测指标的发掘。 第六章是国际石油价格波动率预测。马尔可夫转换多重分形（Markov-switching multifractal，MSM）波动率模型在捕捉多尺度、长记忆和波动性结构突变方面性能优异，且具有简化参数的优势。该章尝试使用该模型预测国际石油波动，并将其与传统的GARCH族模型进行比较。与预测模型的统计优越性相比，市场参与者更关心波动率预测的经济价值。因此，本章进一步研究波动率模型在期货套期保值方面的应用，并且通过比较这些模型的套期保值绩效来评估波动率预测的经济价值。 第七章是石油市场信息对股票市场的预测作用。股票收益可预测性对资产定价和风险管理领域均具有重要影响，因而受到学术界的广泛关注。考虑到油价变化对实体经济和股票收益决定因素的重要影响，以及投资者反应不足假说，该章对油价上涨与股票收益可预测性进行检验，以确定石油市场信息对股票市场的预测作用。 第八章是主要结论与政策建议。该章主要包括两个部分，**部分是对全书的研究结论做出简要的总结，第二部分是根据全书的理论与实证研究结果，提出相应的政策建议。 第二章国内外研究回顾 本章主要从油价变化的影响因素、石油价格和波动率预测三个方面梳理以往文献，并通过总结以往研究的不足之处来为后面的研究奠定基础。 **节油价变化影响因素的文献梳理 已有大量文献研究了油价变动的影响因素，其中一些文献表明油价上升主要由全球石油需求推动。然而，中国持续上升的石油需求在油价上涨过程中所起的作用有待进一步探讨。除此以外，石油与经济的关系日益受到学术界的关注。 一、供求因素 Barsky和Kilian（2001）开拓性地研究了宏观经济与油价之间的因果关系。他们发现，宏观经济总量与油价之间存在反向因果关系，即将实际油价的变化与宏观经济结果联系起来时，难以判断究竟是油价影响宏观经济，还是宏观经济影响油价。因此，他们将油价的冲击划分为石油供给冲击、总需求冲击和预防性需求冲击。 在这三种冲击中，基于全球石油产量数据的石油供给冲击已受到广泛研究（Hamilton，2003；Kilian，2008b，2008c）。这些研究表明，仅仅通过度量石油供给端的冲击无法很好地解释油价的大部分历史波动（Kilian，2008b）。Kilian（2008a）认为，在经济危机期间，石油供给的外生中断对油价的影响相对微小，因而供给端的冲击并不是油价上涨的主要原因。 相对供给冲击而言，需求冲击一直没有得到充分关注。虽然某些非正式证据表明需求冲击在石油市场中可能发挥更为重要的作用，但如何量化这些需求冲击始终是一个学术难题。围绕该问题，Kilian（2009）使用干散货运费数据，构建了一个度量全球经济活动的指标以衡量石油需求冲击。他将这一指标测度的需求冲击与供给冲击和石油市场特定冲击相结合，从而分析油价变化的原因。 市场对未来石油的持续稳定供给存在担忧，由此产生的预防性需求使油价发 第二章国内外研究回顾 生变化。这一变化可以通过石油市场特定冲击进行捕捉。Kilian（2009）基于上述三种冲击构建了结构向量自回归模型，以估计这些冲击对实际油价的动态影响，进而测度每一种冲击对1975～2007年间实际油价演变过程的贡献。实证研究发现，不同来源的冲击会对实际油价产生截然不同的影响。例如，石油预防性需求的增加导致实际油价大幅上涨，并且这种上涨存在持续性；对所有工业商品的总需求增加虽然会使油价产生相当大幅度的持续上涨，但它具有滞后性。在引入需求影响后，供给端冲击的影响相对较小。因此，油价上涨主要由需求驱动。 大量经济理论分析了2003年以来油价上涨的原因，Hamilton（2009a）回顾了这些理论，发现中国和中东地区国家，以及其他新兴工业化经济体的需求一直处于强劲增长中，因而稀缺租金成为推动油价上涨的一个重要因素，并且这一因素的影响具有持续性。此外，Hamilton（2009b）还认为，油价在20世纪90年代历次上涨的主要原因是石油供给中断，而2007～2008年间油价的火箭式上涨是由强劲的需求和停滞的供给共同导致的。也就是说，在不同时间段的油价变化中，供给和需求冲击会对油价产生不同程度的影响，并不是某一因素始终占据主导地位。Smith（2009）将2004年后大部分的油价上涨归因于中国和其他发展中国家石油需求的非预期性增长以及全球石油产量的下滑。Mu和Ye（2011）也认可这个观点，即石油需求是主导油价变化的更主要的因素，但是他们发现中国的石油需求冲击对油价并没有产生显著影响。 二、投机行为 一些文献研究了金融衍生品市场中的投机行为对油价的影响。近年来，研究者逐渐意识到，在模拟实际油价变化时，石油的库存需求和流量需求都具有重要性（Hamilton，2009a，2009b；Kilian，2009；Alquist and Kilian，2010）。虽然投机性交易行为并不能解释近期实际油价的飙升，但它在早些年的几次重大油价变化事件中发挥了重要作用。例如，1979年伊朗伊斯兰革命期间，投机因素成为当时油价飙升的根本原因。这与Barsky和Kilian（2001）的描述一致，即投机行为也有助于解释1986年初石油输出国组织即欧佩克谈判破裂之后实际油价的急剧下降。同样，投机行为在1990年科威特战争之后在油价变化中也起到了核心作用。总体而言，学术界对投机行为在石油市场中所起的作用仍未达成一致意见，而主要争论点在于投机行为对短期和长期油价变化的影响存在异质性。Hamilton（2009b）从理论角度指出，如果汽油需求的短期价格弹性接近于零，即使石油库存没有任何变化，石油期货市场的投机交易也可能导致实际油价飙升。Kilian和Murphy（2014）通过引入石油库存来识别实际油价中的投机成分。因为投机者持有库存不是为了当前消费，而是为了未来使用。预期油价上涨的投机性购买行为主要受到基本面预期影响，或者受市场中潜在交易对手的干扰。Kilian和Murphy（2014）的分析比过去的一些研究更重视石油供给冲击，但得出的结论是，除了1990年之外，油价变化主要由石油需求冲击驱动。这些发现进一步被Kilian和Lee（2014）证实，他们使用了更多不同的方法来测度石油库存。Baumeister和Hamilton（2019）对石油库存因素在油价变化中所起的作用提出了异议。他们的研究结果表明，供给中断是影响历史油价走势的一个更大的因素，而库存因素影响较小。供给冲击会导致全球经济活动减少，但它存在一个较长的滞后期，而石油需求冲击则不会引起这种变化。 Fattouh等（2013）发现，有证据表明石油市场供需因素对油价变化的重要性，因而他们认为现货与期货价格之间的联动性反映的是石油市场基本面的作用