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原油库存与期货跨期价差关系研究
更新日期:2017-10-19    作者:张峥(中粮期货有限公司),佘建跃(中海石油化工进出口有限公司)    【字体:
 

摘 要:商品期货与现货之间的价差或比价和商品库存之间的关系,一直是大宗商品价格研究的焦点。基于对沃金库存理论缺陷的分析,提出了改进的商品期货现货比价和商品库存之间的新理论,并通过原油这一大宗商品的市场数据,利用美国WTI原油期货近月和远月价格的比值与库欣交割库原油库存的当期值与前期移动平均的比值进行了实证。实证分析显示6个月期货跨期价格比值和周库存与2年库存移动平均比值之间具有较好的关联性。向量自回归模型证明了原油期货跨期价格比值的变动会影响未来库存,且存在约3个月的滞后期,这与原油生产商和炼油厂一般制定3个月的生产和采购计划是大致吻合的;而库存的变动对期货跨期价格比值的影响有限。

关键词:原油;库存;期货跨期价差;供需平衡;向量自回归

Study on relationship between crude inventory and futures spread

ZHANG Zheng1, SHE Jianyue2

(1. COFCO Futures Co., Ltd.; 2. CNOOC Petrochemical Import & Export Co., Ltd.)

AbstractThe relationship between inventories and basis spread or futures spread has been the research focus of commodities’ price all the time. The paper proposes the new theory improving the relationship based on analysis on defects of Working inventory theory and takes the empirical study with the market data of crude oil. It finds good relevance between 6-month ratio of WTI futures spread and 2-year moving average of Cushing crude inventory. The empirical results of VAR model show that the fluctuation of futures spread ratio will influence future inventories with 3-month lag period, which is consistent with production and procurement plan of producers and refineries, and the change of inventories has limited effects on futures spread ratio.

Key wordscrude oil; inventory; futures spread; supply-demand balance; vector auto-regression

1  研究背景

在微观经济学理论中,商品价格是由供给和需求共同决定的,正常商品的需求量与价格成反比,供给量与价格成正比。假设存在相应的供应曲线和需求曲线的话,两条线将相交,交点处代表商品供需实现均衡,交点处的价格和数量也可以称之为商品的均衡价格和均衡数量。但是,当进行具体商品的实证分析时,难以得到标准化的供需曲线方程。一方面是因为供需数量和价格是随时间动态变化的,利用一段时间的历史数据计算出的供需方程不具有普遍适用性;另一方面供应和需求并不需要相等,供应和需求之间的偏差即库存。库存是普遍存在的,它是供给和需求之间的缓冲器——通过增加库存来吸纳过剩,或通过减少库存来释放供给,因此实际上并不存在理想的均衡价格和均衡数量。供需理论具有直观性,常常用于商品供需状态和价格波动的定性分析,但在进行定量的实证分析时往往效果欠佳。

成熟的国际大宗商品都拥有现货和期货两个市场。现货市场是实物对接,侧重于量的交易,价格往往直接或间接挂靠期货价格;期货市场是发现价格,侧重于价的交易,为现货市场传递价格信号。商品期货由近到远,分月份连续或不连续挂牌交易,不同月份的期货合约的价格是不同的,其价差被称为跨期价差,并形成所谓的远期价格曲线。近月期货和现货的价差,则被称为期现价差或基差。期现价差结构和远期曲线结构与供需平衡状态密切相关。

库存作为供需平衡的结果,势必也与期现结构和远期曲线结构密切相关。库存在短期能够充当供给或需求的角色,影响供需平衡和商品价格波动。超过市场预期的库存变动常常会对价格产生相当大的冲击。以原油市场为例,美国能源信息署(EIA)于每周三晚公布美国原油库存数据,如果库存增加超过市场预期,表明当期市场上供给过剩,导致原油现货和期货价格下跌,反之则油价上涨。如何选择合适的观测指标,有效地将库存与期货价格从理论上联系起来并进行实际应用,一直以来都是学者和交易员的重要研究课题。

2  库存和跨期价差关联的理论

2.1 商品期货定价理论

美国商品期货大师沃金提出了沃金存储理论(Holbrook Working1949),认为期货和现货之间的价差(基差)或不同月份期货合约间的价差取决于三个因素1)存储成本(Cost of Storage),2)便利收益(Convenience Yield),3)持有存货的风险收益(Risk Premium)。存储成本基本可视为固定值,而后两个因素均与库存水平有关。便利收益是商品持有者拥有库存而获得的潜在收益,当市场需求突然增长时,库存可以满足正常生产并赚取额外利润,但便利收益随着库存增加而降低,且库存水平越高,持有现货的风险越大,相应要求更高的风险收益。存在以下公式:

     

 

对上述公式两边取对数,得到:

  

 

    沃金认为不同期限的期货合约之间的价差等于将合约标的资产从前一个合约到期日持有至后一个合约到期日所需要的持有成本,该成本取决于标的资产的库存水平,因此假定便利收益和风险收益为库存水平的对数线性函数:

           

     即期货与现货的价格比值和当期库存水平相关。

2.2 沃金理论的缺陷和改进

由于沃金理论的表达公式中,价格比值和预期收益率均属于无量纲的量,即没有单位,而库存是个有量纲的量(吨或者桶)。从量纲单位的统一性来看,整个公式在量纲上不一致,注定存在缺陷。在实证中,原油期货价差和库存之间也不存在长期的协整关系(胡燕燕,2009)。

在流动性较高的期货市场中,期货和现货价格的比值反映的是目前市场供需情况,期货价格高于现货价格或者远月期货价格高于近月期货价格说明目前市场供过于求,反之则目前市场供不应求。从价差结构和基本面的对应角度看,期现价格比值或者期货跨期价格比值也可以说对应着供需比值。现实的问题在于,很难统计和计算出当期某个时间点的供需比值。

库存是供需平衡的结果,库存可以对供需平衡进行定性,但是并不具备衡量供需比值的逻辑。因此,从利用库存来衡量供需比值为突破点,引入一个具有和库存同样单位的量,将库存值的绝对引用变为一个涉及库存的比值,从而消除库存带来的量纲单位。引入的这个量和库存数量的比值,能够近似的反应供需平衡的变化程度。借鉴于价格技术分析指标,移动平均能够较好地描述价格的自趋势,价格相对于价格移动平均的偏离可以认为是对价格趋势偏离程度的量化值。同理,如果引入库存的移动平均,即期库存和库存移动平均的比值,可以作为一种库存偏离自趋势的量化值,这种偏离程度就是一种供需比值的近似衡量。如果即期库存和库存移动平均的比值增大,比值大于1,显然说明库存加速上升,供大于求的程度显然是恶化的;反之如果比值减小,比值小于1,说明库存下降,供不应求的程度显然是增强的。

在现货市场中,对于某一品种的大宗商品,库存总量会随着新建仓库或储罐的投产而不断增加,可以假设库存总量在一定时期内(例如23年)基本不变或变化不大,则该段时期内的平均库存反映了市场在供需基本均衡状态下的库存水平。如果当期库存高于前一段时期的平均库存说明当期供大于求,供应较多或需求不足导致库存水平上升,反之说明当期供不应求,因而当期库存与前一段时期内平均库存的比值同样可以反映当期市场的供需情况。

因此,假设当期市场的供需情况是连接期货与现货市场的纽带,通过将公式(5)中库存绝对值替换为当期库存与前一段时期内库存移动平均的比值,得到新公式如下:

  

   

      即期货与现货的价格比值和当期库存的变动相关。在流动性较高、可以实物交割的期货市场中,现货价格与期货首行合约(最近交割月份)价格的差别很小,可以将公式(7)中的现货价格 St 替换为期货首行合约价格,并假定储存成本保持不变,则期货远月与近月价格的比值(以下简称跨期价格比值)和当期库存的变动相关。

3  实证分析

3.1 数据的选取

石油一直以来都是世界上最重要的大宗商品,在石油期货合约之中,原油期货又是交易量最大的品种。目前交易量最大、影响最广泛的原油期货合约共有3种:纽约商业交易所(NYMEX)的轻质低硫原油即WTI期货合约,伦敦洲际交易所(ICE)的北海布伦特原油(Brent)期货合约,迪拜商品交易所(DME)的阿曼原油(Oman)期货合约。布伦特原油期货虽然历史悠久,但主要采用现金交割,期货转现货对应的实物交割的4个油种(Brent/Foties/Oseberg/Ekofisk)并无统一的交割地和库存数据,而迪拜商品交易所在2007年才成立,虽然发展很快,但同样没有库存数据,因此本文选取有现货交割地和连续库存数据的WTI原油进行实证分析。

价格选取纽约商业交易所(NYMEXWTI原油期货合约(商品代码CL)第1234671224行的每日收盘价的周平均价格,分别用第2-24行的期货价格除以第1行期货价格得到跨期价格比值,表示为CL2_1CL3_1,…,CL24_1

库存选取EIA公布的WTI原油交割地库欣(Cushing)地区每周库存数据,分别用当周库存除以其前41224364896144周的移动平均值得到库存变动,表示为STOCK_4AVSTOCK_12AV,…,STOCK_144AV

由于库欣地区的原油库存数据从200449日才开始公布,时间段选取200449日至2017526日的686组周数据。其中前144组数据由于库存是取移动平均值,因此在进行实证分析中用到的时间序列共有542组数据。

 

 

3.2 相关性分析

本文采用E-views 8.0软件对数据进行分析,期货跨期价格比值和库存变动各变量之间的皮尔逊(Pearson)相关系数见表1

 

 

从表1可以看出,跨期价格比值和库存变动的相关性随着月份间隔、库存移动平均选择的周期的扩大而不断增强,到了一定间隔、周期之后开始下降。其中,STOCK_96AVCL7_1的相关性最高,皮尔逊相关系数接近0.7,说明当期库欣地区库存较前24个月移动平均的变动和WTI期货6个月的跨期价格比值有较强的相关性。

从图1也可以看出,STOCK_96AVCL7_1时间序列的波动同步性较高,直观说明了两者间的强相关性。但从新模型公式(7)可知,由于两者之间不一定是线性相关,而比值类数据再取对数会损失原数据的很多信息,因此常规的最小二乘法等数量模型并不适用,考虑采用向量自回归模型进一步分析两者的动态关系。

3.3 向量自回归分析

3.3.1   模型介绍

向量自回归模型(VAR模型)由2011年诺贝尔经济学奖获得者西姆斯(C. A. Sims)于1980年提出,他把系统中每一个内生变量作为系统中所有内生变量的滞后值的函数来构造模型,从而将单变量自回归模型推广到由多元时间序列变量组成的向量自回归模型。VAR模型通常用来估计联合内生变量在内的动态关系,而且不需要任何约束条件,因此得到了广泛的应用。

在一个含有n个被解释变量的向量自回归模型中,每个被解释变量都是其自身和其他被解释变量的若干期滞后值的回归。含有n个变量滞后k期的向量自回归模型一般形式可表示如下:

   

  

      t∈T,T是观测值的数量。Yt表示第t期所有观测值组成的n维列向量,Πt为nXn的矩阵,εt是由所有观测值的随机误差项所组成的n维列向量,且随机误差项εt (t=1,2,……n)为白噪音过程。

如果一个模型中只有xy两个变量(n=2),则滞后期为2期的VAR2)模型为:

 

     对CL7_1STOCK_96AV进行向量自回归建模。

3.3.2   格兰杰因果检验

在时间序列情形下,两个经济变量XY之间的格兰杰因果关系定义为:若在包含了变量XY的过去信息的条件下,对变量Y的预测效果要优于只单独由Y的过去信息对Y进行的预测效果,即变量X有助于解释变量Y的将来变化,则认为变量X是引致变量Y的格兰杰原因。

进行格兰杰因果关系检验的一个前提条件是时间序列必须具有平稳性。

由表2的检验结果可知,STOCK_96AVCL7_1ADF值都小于1%的临界值且概率P值小于0.01,原序列都不存在单位根,即为平稳时间序列。

由表3的结果可以看出,在95%的置信水平下,STOCK_96AVCL7_1分别构成对各自的格兰杰因果关系。这个检验结果虽然不能直接作为检验库存变动和期货跨期价格比值有实际因果关系的判断依据,但在统计意义上说明了每个变量都有助于解释另一个变量的未来变化,同时从侧面证明了新模型所选择变量的有效性。

3.3.3 滞后期选择

通过对模型的滞后期选择标准进行分析,计算结果见表4。主要参考AICSC选择标准,同时考虑LRFPEHQ等标准,从而最终选取10为最优滞后阶数。

3.3.4 模型稳定性检验

在进行脉冲响应和方差分解分析前,对向量自回归模型进行单位根的稳定性检验。

     由图2的结果可知,所有特征根倒数的模都在单位圆内,没有位于单位圆外面的根,说明该向量自回归模型是稳定的。

 

3.3.5 脉冲响应

脉冲响应是用来描述一个内生变量对由误差项所带来的冲击的反应,即在随机误差项上施加一个标准差大小的冲击后,对内生变量的当期值和未来值所产生的影响程度。

 

 

从图3中的左图可以看出,如果在第一周6个月的原油期货跨期价格比值获得一个标准差单位的正冲击(例如扩大10%),则其自身在之后的12周(3个月)左右仍会受到较大的正冲击影响,之后所受冲击快速下降,影响逐渐消失。如果在第一周库存获得一个单位的正冲击(例如增长10%),则6个月的期货跨期价格比值会受到较小的正冲击,在8周(2个月)左右达到最大后快速下降至消失。这说明期货跨期价格比值主要受自身或其他变量的影响,受库存突然变化的影响不大,且影响的持续期不超过3个月。

从图3中的右图可以看出,库存波动获得一个单位的正冲击对自身的冲击为正向,在第8周(2个月)左右达到最大后快速下降。期货跨期价格比值对库存波动的正向冲击虽然在前4周不太明显,但之后快速增加,在第12周(3个月)左右超过库存自身产生的冲击,并维持到第16周(4个月)后开始缓慢下降,期货跨期价格比值的后续冲击影响一直高于库存自身。说明期货跨期价格比值的变动对库存的影响很大,甚至超过库存自身和其他因素对库存的影响。但是从期货跨期价格比值变化传递到库存变化有一定的时滞,影响从第2个月才开始显著,之后在第34个月达到最大值。

贸易实务来看,原油市场的参与者主要可以分为生产商、炼厂、贸易商三类。假设目前原油市场是期货升水(Contango),远月价格高于近月和现货价格,欧佩克突然宣布在未来一年继续减产,且减产幅度逐月增加,市场参与者预期未来原油市场供不应求的局面会进一步加剧,跨期价格比值被拉大,则1)页岩油生产商会购买较远月份的期货合约,提前锁定未来收益,增加钻机数量进而导致未来产量和库存增加;2)炼厂会适当增加较近月份现货的采购,减少较远月份现货的采购;3)贸易商可以采购现货原油并储存到未来进行销售,只要跨期价格比值能够覆盖仓储和利息费用。反之,如果期货跨期价格比值缩小,市场参与者在当期做出的决策会减少未来库存。

在美国,从购买或销售WTI原油现货到实际交割的时间间隔大概在23周,加上美国能源信息署每周三发布的原油库存是上周数据,因而从期货跨期价格比值变动到库存数据变化的总时间间隔大约在一个月左右,实证结果也有效地证明了这一点。因此,无论市场结构是期货升水还是期货贴水,期货跨期价格比值结构反映了市场参与者各方对未来价格的预期,它引导着现货市场参与者选择在当期购买或销售现货,进而影响到未来库存的变化。

库存可以在一定程度上调节不同时期的现货供需矛盾。期货跨期价格比值的变化体现的是期货市场参与者对当前和未来市场供需情况的预期,而统计机构公布的真实库存数据是用来证伪或者检验参与者在之前对未来市场的预期。如果美国能源信息署本周公布的上周库欣地区原油库存量增加的幅度超过预期,意味着市场参与者之前对于市场供需的预期被推翻,市场供需平衡的基础需要重建,原油现货和远期价格几乎是同步下跌,并不会改变期货远期曲线结构或改变很小。因而库存变动影响的是价格绝对值,对期货跨期价格比值的冲击很小,持续期也较短。

3.3.6 方差分解

脉冲响应可以描述一个内生变量的冲击对包括自身在内的所有变量所带来的影响,但无法判断每一个内生变量对其他内生变量变化的贡献度。方差分解可以用来分析影响内生变量的结构冲击的贡献度,并进一步评价不同冲击的重要性。

 

 

从图4的左图可以看出,在本模型中,原油期货跨期价格比值受自身的结构冲击影响最大,长期贡献度在98%左右,库存的变动对期货跨期价格比值的长期冲击贡献度仅占2%左右。右图说明库存在前几期主要受自身的结构冲击影响,之后快速下降,3个月后的自身贡献度稳定在45%左右。而期货跨期价格比值变动对库存结构冲击的贡献度从第4周开始快速增加,在第26周超过期货跨期价格比值自身的冲击影响度,长期贡献度稳定在55%左右。

期货价格是由大量期货市场参与者交易达成的,市场参与者对于不同交割月份的期货合约的供需预期不同产生了跨期价格比值,也就改变了跨期价格比值,因而期货跨期价格比值或比值的波动主要是受交易者对当期和未来市场供需情况预期变化的影响。真实库存的变动只是用来检验交易者之前的预期是否正确,超出预期的库存变动会同步影响所有月份的期货合约价格,而基本不会影响期货跨期价格比值的变动。

库存是供给和需求的补充,因此库存的变动是由供需的波动决定的。原油供需的变动可以分为不可抗力和市场参与者的主观行为,恶劣天气、设备故障、工人罢工等因素均属于不可抗力。主观行为可以分为两种,一种是正常生产计划的行为,例如炼厂停产检修、新油田投产等;另一种是市场参与者根据市场价格情况主动做出的生产调整,期货跨期价格比值影响生产商、贸易商、炼厂的当期决策,进而导致未来库存的变动。根据实证结果,受期货跨期价格比值影响的这部分主观行为占比超过50%

4  结论和分析

4.1 库存变动与期货跨期价格比值是反映市场供需平衡状态的重要指标

本文在沃金库存理论的基础上进行了改进,通过将绝对库存量替换为当期库存与库存移动平均的比值,有效地解决了原公式等号两侧量纲不等的问题,把期货市场的跨期价格比值和库存变动联系起来。实证结论揭示了在有效期货市场下,期货跨期价格比值和库存变动存在量化的关联性,两者都是反映原油市场供需平衡状态的重要观测指标,分别体现了原油的金融属性和商品属性。另外,相关性分析表明,6个月的期货跨期价格比值和2年移动平均的库存变动是用来衡量原油市场供需预期的有效指标周期。

4.2 期货跨期价格比值的变动影响未来库存,且有一定滞后期

期货跨期价格比值直接反映了期货市场参与者对于当前和未来不同时期市场供需情况的预期,并影响市场参与者的当期交易策略,最终影响了未来的供需和库存。实证结果表明,在美国WTI原油市场,受期货跨期价格比值影响的这部分库存变动占总库存变动的比例超过50%,从期货跨期价格比值改变传递到未来库存改变需要1个月左右的滞后期,且在34个月后库存变动最大。原油生产商和炼油厂一般制定3个月的生产和采购计划,因此当期期货跨期价格比值的变动会影响到3个月后原油库存变动,实证结果也很好地说明了这一点。

4.3 库存变动对期货跨期价格比值的影响有限

实证结果表明,库存的变动对期货跨期价格比值的影响远小于其他因素,库存波动对期货跨期价格比值波动的长期贡献度仅在2%左右,且影响时间不超过3个月。由于真实库存数据的公布时间滞后于现货市场交易达成时间,真实的当期库存仅用来让市场参与者对前期所做出的未来库存预期进行修正。如果真实库存高于市场参与者之前的预期库存,则前期预期被推翻,市场对当期和未来的价格都需要进行修正,因此期货所有月份合约价格几乎是同步涨跌,期货跨期价格比值则基本保持不变。

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收稿日期:2017-07-27

编  辑:萧 芦

编  审:张一驰

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