天气衍生品种类繁多-气象经济学

天气衍生品种类繁多，主要包括期货、期权、互换以及套保期权（Collar）等。下面我们分别加以介绍。

（一）天气期货

1.天气期货的介绍

期货合约是由交易双方约定在未来的特定时点，以特定价格来买卖特定商品的合约。在天气期货中，交易标的物并不是天气指数，而是基于该指数的货币价格，合约通过现金交割结算。天气期货合约是标准化合约，只是价格、交易方式和交割日期、指数来源地不同。

CME从1999年开始交易天气指数期货，这是第一个与气温相关的天气衍生品，主要的天气指数期货是取暖指数（heating degree-days，HDD）和制冷指数（cooling degree-days，CDD）等温度指数期货。

CME的天气指数期货对美国能源企业非常重要。首先，交易所内交易的天气风险管理工具不存在OTC市场上可能出现的信用问题。在OTC市场上，当能源企业破产或陷入窘境时，OTC合约面临极大的信用风险，而CME的清算行具有极高的信用保证，能够降低交易面临的信用风险。其次，在提高期货交易流动性方面，CME通过做市商为买卖双方的成交提供便利，使企业能够更方便地进出该市场，Wolverine Trading，L P（Wolverine）是CME天气期货第一个做市商。最后，交易所内交易的天气期货为OTC天气风险交易双方提供了一种参照机制。但是，企业在参与CME天气期货交易时应考虑两个问题：一是如果能源企业需要防范的天气风险没有在CME上市，那么企业仍然面临地理位置差异所造成的天气状况不一致的风险；二是企业在CME进行期货交易，必须具有相当的财务能力和在交易所进行交易的水平和经验。

CME的天气指数期货包括取暖指数期货（HDD），制冷指数期货（CDD），制冷季节指数期货和制热季节指数期货四种。下面简单介绍一下CME的HDD和CDD期货合约。

CME的HDD和CDD期货合约是在规定的期货日期交易日买入或卖出HDD和CDD指数价值的法定协议，HDD和CDD采用现金交割。CME选择了10个城市的温度作为交易标的，分别是亚特兰大、芝加哥、辛辛那提、纽约、达拉斯、费城、波兰特、图森德、梅因和拉斯维加斯，每个城用不同的符号表示，比如H2HDD表示芝加哥取暖指数。

合约规格　CME的HDD和CDD期货合约的名义价值为100倍HDD或CDD指数，合约以HDD或CDD指数点报价。比如，一个HDD指数为750，则期货合约的名义价值为75000美元（750HDD×100美元）。最小价格波动为1.00HDD或CDD指数点，价值为100美元。假设一个交易者在1999年9月10日在750指数点卖出芝加哥1999年11月HDD期货合约，在10月11日在625指数点买入平仓，则该交易者获得的收益为12500美元（125HDD×100美元）。

合约月份　在任意交易时间，分别有7个连续的HDD和CDD期货合约和5个连续的HDD和CDD期货合约上市交易。比如，在2001年9月15日，7个连续的HDD期货合约的到期月份从2001年10月一直延续到2002年4月，7个连续的CDD期货合约从2002年4月到2002年10月。在OCT交易市场，通常HDD的合约月份从10月到3月，CDD的合约月份从5月到8月，4月和9月被看做是双向月份。

结算　每一月份合约的结算价格根据地球卫星有限公司计算的HDD和CDD指数得出。

交易系统　HDD和CDD期货采用CME的GLOBEX电子交易系统进行全天（24小时）交易。

数据来源——地球卫星有限公司　地球卫星有限公司是一家全球性的开发遥感设备和提供地理信息的专业服务公司，可以提供每日和每小时的气温信息，该公司在为农业和能源市场提供气候信息方面居于世界领先地位。CME所选择的城市的气温由一个自动数据收集设备即自动表面观测系统（ASOS）测定，这一系统测出的每日最高和最低气温直接传输给美国国家气候数据中心（NCDC），该中心是美国国家海洋大气管理局的一个下属部门。当ASOS系统出现故障或传输受阻时，地球卫星有限公司将及时进行质量控制并提供替代数据。

2.天气期货的套期保值

套期保值的操作方法是买进（卖出）与现货市场数量相当，但交易方向相反的期货合约，以期在未来某一时间通过卖出（买进）期货合约而补偿因现货市场价格变动所带来的实际价格风险。进行天气期货套期保值的主要目的是回避由于天气变化而带来的企业经营风险。比如，寒害是我国种植橡胶地区的主要气象主要灾害之一。40多年的植胶历史表明，我国植胶区在冬季均有发生不同程度寒害的可能。2000年12月下旬至2001年初，云南南部地区遭受霜冻，至少2000 hm2胶林受害，造成直接经济损失高达55亿元，对当地农垦企业的经营带来严重影响。如果有天气温度指数期货交易，这一地区的农垦企业就可以在灾害发生前在期货市场进行套期保值，根据其产胶规模、产胶量与天气温度之间的相关系数，买入第二年初的温度指数系数期货，如果，第二年真的出现了寒害，农垦企业就可以通过期货市场获得的收益弥补其天然橡胶的损失。反之，如果第二年并没有出现灾害，农垦企业也可以通过销售收入的增长抵消期货市场的损失，从而锁定了其应有的利润。同样，电力销售企业可以通过在天气期货市场的套期保值回避暖冬带来的电力需求不足的风险；建筑企业可以通过套期保值回避由于严寒造成施工困难的风险；空调、冷饮企业可以通过套期保值回报凉夏带来的销售量下降、产品的积压风险；旅游公司能通过套期保值回避某旅游地夏季炎热而带来的旅游减少的经营风险。

3.天气期货的价格发现功能

（1）价格发现的预期性。天气的变化本是大自然气候规律作用的结果，在具有不可人为改变特点的同时，也具有可预期的特点。参与天气期货的交易者大都熟悉一般季节性变化的趋势，有一定的气象知识和广泛的信息渠道以及科学的分析、预测方法，他们结合自己的预期报出自己的理想价格，这样形成的温度指数期货价格反映了大多数人的预测，因而能反映温度变化的总体趋势。例如，在期货市场上，某年某城市夏季的天气温度指数期货较往年偏高，空调生产厂家在夏季到来前根据期货市场的这种预期可以多安排对该城市空调设备的销售。同样，旅行社也可以通过期货市场价格，来预期该城市夏季旅游市场的淡与旺情况。

（2）价格发生的连续性。期货价格是连续不断地反映供求关系及其变化趋势的一种价格。而一般性的实物交易一旦达成一个价格之后，如果买入实物的一方不再卖出该商品或不马上卖出该商品，新的商品交易就不会再产生或不会马上生产，就不可能有一个连续不断的价格。而天气期货由于合约是标准化的，转手极为便利，买卖非常频繁，这样就能不断地产生期货价格。这种连续性的价格有利于人们预期未来的天气变化趋势。例如，冷饮制作商通过分析发现，某城市某年夏季温度指数期货价格有不断下降的趋势，那么冷饮生产商就要考虑减少对该城市的冷饮供应量。又如，一家建筑施工企业根据某城市冬季温度指数变化情况分析，该城市冬季处于0℃以下天气的时间将超过往年，那么该企业考虑到0℃以下导致地面变硬难以挖掘的因素，可以避开冬季进行地基工程施工或提前完成有关作业。

（3）价格发现的公开性和权威性。依据期货市场的信息披露制度，所有在期货交易所达成的交易及其价格都必须及时向会员报告并公之于众。

通过传播媒介，人们能够及时了解市场的交易情况和价格变化。同时，由于期货价格能真实地反映供求及市场的变化趋势，所以期货价格被视为一种权威价格，成为包括政府决策部门、天气研究部门在内的有关方面分析天气变化趋势的重要依据。例如，电力部门可以通过各城市温度指数期货的变动趋势，提前安排好各地电力调配额度。政府有关部门还可以根据温度的预期，预测各地发生干旱、洪涝的概率，从而指导经济资源的配置和流向，可以提高资源的配置效率。

（二）天气期权

天气期权是一种期货期权，表示投资者在未来某一日期有权买卖某一天气指数期货合同。天气期权是欧式期权，即买方只能在到期日行使权力，不能提前执行。在期权合同的执行日期，一旦官方发布天气记录，期权合同就进行结算。

天气期权包括买入期权和卖出期权两种。买入期权的买方是为了防止天气的某些因素水平过高，而卖方则认为天气因素不会太高；卖出期权的卖方是为了防止天气的某些因素水平过低，而买方则认为天气因素不会过低。

每份天气期权都是由一组条款予以定义，包括执行价格（也称锁住水准）、赔付率（每份合约的或每件事的）、最高赔付率、保护期（开始和结束日期）以及参考指数（包括作为数据来源的气象台站的鉴定）。

1.看涨期权

一份看涨期权是一份合约，合约授予期权的买者以事先确定的执行价格购买一份指定的商品、资产或指数的权利，但不是义务；在这种权利的交易中，权利的买者向权利的卖者支付权利金。假设一家能源公司在最高气温大于95℉（35℃）时就被要求启动峰值期发电系统，成本是5万美元。公司可能准备承担50万美元的营运成本（也就是10次启动峰值期发电系统），但对任何超过这个数的成本，公司都想进行保护。在这种情况下，公司可以考虑购买一份看涨工具——衍生品或保险，每次提前一天预报的第二天的最高气温Tmax超过95℉时公司获得5万美元的赔付，表5-1是合约条款的摘要。

表5-1　能源公司Tmax看涨合约条款

2.看跌期权

一份看跌期权是一份金融合约，合约授予期权的买者以事先确定的执行价格或锁住水准卖出一份指定的商品、资产或指数的权利，但不是义务。在这种权利的交易中，权利的买者向权利的卖者支付权利金。考虑一家能源公司，它计划在这个冬季销售一定数量的煤气，如果冬季很温暖，公司销售的煤气量就会减少，这对公司的收入有不利影响。根据分析，公司决定其可以承受的风险是750万美元。历史数据表明，这相当于气温较平常年份高5％，或1/2个标准差，也就是2850 HDD；但如果HDD指数低于2850，收入的减少是该公司不能接受的。所以，该公司签订了看跌工具合约（保险单或衍生品），在锁住水准2850 HDD之下，每一点HDD公司可得到赔付5万美元，最多赔付3750万美元，合约条款摘要见于表5-2。

表5-2　能源公司HDD看跌合约条款

3.套保期权（Collar）

公司可能对取得风险保护必须支付的费用很在意。为减少保护费用的支出，公司有各种选择，我们沿用上文的例子对其进行解释。

保留更多的风险由自己承担。在上文的例子中，当公司收入减少750万美元时，即累积HDD跌到2850锁定水平之下时，公司想得到保护。如果公司准备保留更多的风险由自己承担（比如是1000万美元），那么引发赔付的HDD值就要减少（即从2850减少到2800）。在其他情况不变的情况下，保护费用将减少。

接受较少的赔付额。公司可以通过选择较少的赔付额，比如低于2850 HDD的锁定水平时，每一点HDD获得赔付从5万美元降低到3万美元，则保护费用将减少，虽然这不太像是一个好的避险措施。

如果天气条件有利，公司让利。公司为防天气过暖购买保护，但公司保留了在天气较冷时卖出更多煤气、赚更多钱的权利。公司可以将超额收入的一部分用来弥补（或支付）购买暖天气保护的成本；做法是向暖天气保护的提供者出售冷天气保护。这种长期看跌期权和短期看涨期权（或相反）的结合叫套保期权。

保留更多的风险或接受较少的保护，公司可以基于其风险偏好做出决定。通过套保期权放弃因天气有利而产生的收入中的一部分是一件较复杂的事，要求公司准确地确定公司打算放弃的核心业务究竟有多大。下部的保护旨在确保实现最低的收入水平，上部的牺牲则限定了公司可能获利的最高水平。

我们来考虑一份套保期权，即公司卖出一份看涨期权、买入一份看跌期权。公司卖出的看涨期权可以有多种构建方法，取决于公司对风险的要求和公司打算将购买保护的费用降到什么程度。如果公司打算购买的下部保护其成本是800万美元，公司不想付任何保护费，那么公司就必须将赔付率定在每点HDD向卖者赔付5万美元、最高赔付3750万美元的水平；这就导出了一份无成本的或者说零成本的套保期权。假如下部保护的出售者要求的无成本看涨期权的锁定水平是3125 HDD（较10年平均水平的3000高出125个HDD），而公司希望看涨期权的锁定水平与看跌期权的锁定水平相等，比如说是3150 HDD，那就不能构建一份无成本的合约。不过，即使如此，公司将要支付的费用也远比单纯购买看跌期权保护所需支付的800万美元要少得多。表5-3列出了该套保期权合约的主要条款，这里，当HDD跌到2850之下时公司接受赔付，而当HDD上升到3150之上时公司进行赔付。

虽然套保期权是降低或消除权利金的常用手段，但正如前文解释的那样，它们可以用于减少因天气风险产生的收入波动。例如，收入敏感度是每点HDD 5万美元，10年的标准差是300 HDD，两个标准差的变动将引起公司收入的波动是±750万美元。

应用套保期权是为了处理公司实际面临的天气风险及减少公司的权利金支出。因此，有些套保期权会用分裂的（或不对称的）交易量构建。例如，上面的例子中，对较冷的天气，公司有赔付多一点或赔付少一点的选择（例如每点HDD赔付4万或6万美元），锁定水平比上面引用的150等距离水平高一点或低一点。

表5-3　能源公司HDD套保期权条款

4.互换

互换是一种合约，合约要求一家公司在天气指数上升到某一特定水平之上（或下降到某一特定水平之下）时进行赔付，同时也授权公司在天气指数下降到同样的水平之下（或上升到同样的水平之上）时获得赔付。这样，一家公司既可能是赔付者也可能是受赔者，这取决于指数的运动或取值。在这个意义上，互换等同于执行价格相等的套保期权。回到我们前面讲过的例子，当天气条件上升到或下降到3000 HDD这一中心点时，公司的预期收入也随之变化。如果公司安排了一个互换，执行价格定在3000 HDD，那么公司就消除了天气带来的收入的不确定性，公司获得的收入不多于预期收入，也不少于预期收入。

终端客户安排互换合约的并不多见。第一，终端客户需要找到希望在自己预期水平、最好比预期水平好的水平进行互换的交易对手。第二，终端客户很可能要保留收入超过预期的可能性（像我们指出的那样，应用看跌期权和在一定程度上应用套保期权，他们能达到这样的目的）。第三，虽然天气与销售量的相关性经常是非常高的，但很少完全相关；不完全相关实际上可能导致互换不能带来希望的下部保护（甚或可能导致不适当的支出）。

5.枷型双向期权

在有些情况下，一个公司可能要求从参考指数中获得赔付，而不管市场的方向。为了在无论指数是上升还是下降的情况下都获得赔付，公司可以购买枷型双向期权，它是执行价格不等的看跌期权和看涨期权的结合。考虑这样一种情况：公司寻求对太少或太多的CDD进行保护，它决定购买枷型双向期权，看涨期权的执行价格定在3400、看跌期权的执行价格定在3100（最高赔付是500万美元）。如果气温保持稳定，也就是说CDD安居于3100至3400之间，公司不会从枷型双向期权中得到赔付；但当CDD位居3400之上或3100之下时，公司就得到赔付。

6.鞍型期权

鞍型期权与枷型双向期权类似，当前期参数上升或下降时期权的买者获得赔付；但与枷型双向期权不同，构成鞍型期权的看涨期权和看跌期权的执行价格是相等的。在上面的例子中，公司可能不拉开看跌期权和看涨期权的执行价格（CDD分别是3100和3400），而是将其风险保护赔付集中在一个执行价格3200 CDD上。

7.撞入期权

撞入期权（或称屏障期权）授予购买者一份标准期权，如果特定的“撞入”水平达到的话。撞入期权通常较标准期权——“香草期权”（或称普通期权）便宜（执行价格在标准水平），因为所说的看跌或看涨期权能否成为现实存在，并无保证。考虑这样一个例子，一份撞入期权的购买者拥有一份香草CDD看跌期权，执行价格是3200 CDD，低于执行价格时，每点CDD赔付1万美元，最高赔付500万美元。然而，只有在积累CDD低于2900时，期权才有效，如果CDD维持在2900之上，购买者得不到任何赔付。

8.撞出期权

撞出期权与撞入期权类似，差别是购买者获得的香草看跌或看涨期权，在执行价格达到时，赔付发生，但当撞出价格达到时，赔付将取消或被“撞出”。与撞入期权一样，撞出期权与“香草期权”相比显得特别便宜，因为它们所提供的保护水平不一样。考虑这样一个例子，一份撞出期权的购买者拥有一份香草CDD看涨期权，执行价格是4000 CDD，高于执行价格时，每点CDD赔付1万美元（最高赔付200万美元）。然而，在累积CDD达到4200时，期权被撞出失效，这时，期权的买者得不到任何保护，期权的卖者没有财务支付义务。

9.复合期权

复合期权是一种期权复合工具（期权的期权），它授予买者在将来的某个日子决定是否交易确定的期权的权利。复合权利由复合期权执行日期（这是一个事先确定的时间）和复合期权权利确定。例如，复合期权的买者可能支付25万美元得到一份期权，期权的权利是直到12月31日可以购买，但不是义务，执行价格是3500、每点HDD赔付1万美元、最高赔付300万美元的11月份至3月份的HDD看跌期权（权利金是60万美元）。在12月31日之前（包括12月31日）的任何一天，买者都有权购买所定看跌期权。如果买者决定不交易所定期权，交易即结束，没有进一步赔付和承担义务的问题（但原来付出的25万权利金已经交付）；另一方面，买者选择交易所定看跌期权，那么他就向卖者支付60万美元的权利金、接受HDD看跌期权所能产生的所有财务利益。

10.差值合约

差值合约是基于两个地点间温差值进行赔付的合约，可以用互换的形式构建（互换差值合约）、也可以用期权的形式构建（看涨期权差值合约/看跌期权差值合约）。互换差值合约交易的结果是差值合约的买者给予或接受差值赔付（取决于温差值参考地的变动），而期权差值合约交易的结果是当差值变到支付区域时买者接受赔付。

考虑这样一个例子，公司决定用固定价格向其华盛顿特区的用户出售丙烷，而在纽约地区计划按市场价格出售。平均而言，冬季的纽约比华盛顿特区冷；公司的风险在于华盛顿特区是否较平常更冷、公司在华盛顿特区用固定价格卖出的丙烷是否比公司在纽约用市场价格卖出得更多。为克服这一风险，公司进行了两个城市间的互换差值合约交易。

纽约（La Guardia机场）10年间11月至翌年3月份HDD平均读数是3819，而华盛顿特区（Reagan机场）是3449.5。换句话说，就10年平均而言，纽约比华盛顿冷369.5 HDD。这意味着，如果两城市间的HDD差小于369.5 HDD，公司将得到赔付（比如华盛顿特区更冷），而大于369.5 HDD时，公司将赔付（比如纽约更冷）。公司并不关心互换差值的赔付额，因为纽约更冷的天气很可能意味着公司可以用较高的市场价格卖出更多的丙烷。

11.复合指数结构品

看涨期权、看跌期权、套保期权和互换代表着天气风险管理行业的标准产品，但对那些追求更客户化的风险解决方案的人而言，复合指数结构品是可供利用的工具。复杂指数结构品可参考复合天气指数或天气（非天气指数），也可以根据单一或复合事件来建构它们。虽然这些产品在建构、定价、风险管理上更困难，但它们正在市场中逐渐普及起来。

让我们考虑一家葡萄园的个案，它的风险来自结冰气温、而且其损失是极端的（即全部损失或没有盈利）而不是渐增的。在这个个案中如果最低温度Tmin低于-2℃超过5天，葡萄园就将损失整年的收入，大约是500万欧元。如果连续10天或10天以上Tmin低于-2℃，葡萄藤就会遭受广泛的伤害，需要三年时间才能恢复，这样葡萄园将损失三年的收益，大约是1500万欧元。无论是用衍生品形式还是用保险单形式，可以通过确定复合看涨期权的锁定价格和赔付额，构建一个覆盖这两件不测事件的Tmin看涨期权结构品，结构品条款摘要见于表5-4。

表5-4　葡萄园最低温度看涨期权条款