我国天气指数开发及其对各行业的重要影响

2023-08-25 理论教育版权反馈

【摘要】：目前我国还没有建立天气风险市场，所以只能对国内天气指数开发进行前瞻性的探讨，为将来我国天气风险市场的建立提供参考。这里主要针对我国各行业面临天气风险的实际，提出了部分天气指数的构建。临界气温指数对建筑、公园、电力公司等部门也有重要影响。还有关键天数温度指数。

目前我国还没有建立天气风险市场，所以只能对国内天气指数开发进行前瞻性的探讨，为将来我国天气风险市场的建立提供参考。这里主要针对我国各行业面临天气风险的实际，提出了部分天气指数的构建。

（一）取暖指数和制冷指数

取暖指数和制冷指数，可以参照美国的取暖量指数和制冷量指数计算，在基础温度的确定上考虑我国的国情。生理卫生学家认为，23～24℃为人感觉最舒适的环境温度。美国通常将基础温度定为18.3℃（65℉），英国由于能源价格方面的原因，采暖期基础温度取为15.5℃。我国在《采暖通风与空气调节设计规范》中规定，采暖的基础温度为室外日平均温度5℃。一般情况下，当室内温度在10～12℃之间时，室外日平均温度在5℃左右。应该说今后随着生活水平的提高，我国采暖指数和制冷指数的基础温度也会相应变化。另外，我国温度分布地区变化大，在确定取暖指数和制冷指数的基础温度时应该考虑地区间的差异。

（二）生长温值指数

我国农业面临严重的天气风险，这一指数的开发可以广泛应用与我国农业部门，包括农用化学品制造商，以减轻农业面临的天气风险，这一指数计算可以采用公式（5-8）或（5-9）。表5-7列出了稻、麦、棉各主要发育期的下限温度。

表5-7　稻、麦、棉各主要发育期的下限温度

另外，昆虫也只有在有效温度范围内才能生长发育，超出这个范围发育就会停止。一般昆虫发育起点温度为8℃，当温度上升到发育起点温度时，昆虫开始生长发育，而低于这个温度生长发育几乎停止。一般昆虫生长发育的临界最高温度为40℃，当达到这种高温时，昆虫停止发育。

植物和昆虫为达成生命周期中一个阶段而必须积累的GDD的量都是特有的。这些知识对了解什么时候农作物毁坏可能发生、什么时候需要施用杀虫剂方面十分重要。这方面的信息对那些杀虫制造剂商是至关重要的，他们的收入因在农作物对虫害非常敏感时期累积生长温值不足而受到影响。

（三）其他基于气温的指数

前面探讨的是一些累积气温指数，但还有一类，就是临界气温指数，如果超过可以承受的临界最高气温、最低气温或平均气温就会造成损失。例如，湖南的农作物在生长发育期间，春季可能遭受3月倒春寒和5月低温的危害而减产，秋季遭受寒露风、霜冻等危害而减产。倒春寒是指3月中旬至4月下旬平均气温低于该旬准平均值2℃或以上，并低于前旬平均气温。5月低温是指气温≤20℃连续5天或以上，会对双季早稻分蘖、幼穗分化造成危害。寒露风是指9月份日平均气温≤20℃连续3天或以上，会对双季晚稻抽穗扬花造成危害。霜冻是指在秋末春初季节日平均气温在0℃以上时，在土壤表面、植物表面及近地面空气层发生短时间温度降低到0℃或0℃以下的现象。所以，可以开发倒春寒指数、“5月低温”指数、寒露风指数、霜冻指数等对于农业非常有用的临界气温指数。

临界气温指数对建筑、公园、电力公司等部门也有重要影响。如超过一定温度的高温天气、低于一定温度的低温天气，按照国家相关法律规定必须停止施工。另外，如果平均气温连续数日小于5℃，出现霜冻、结冰等现象就会影响混凝土凝固，出现龟裂或打松，延长施工工期。气温在-3℃以下无措施施工，则混凝土受冻、拉裂，严重影响质量。同样，高温天气会影响游客数量；对电力公司来说，高温天气需采取拉闸限电措施，启用峰值期发电系统。

还有关键天数温度指数。例如，农作物生长发育的一段时间需要适宜的温度，否则会影响农产品的品质。在建筑行业，混凝土浇筑时段，需要非常严格的温度，否则会影响混凝土浇筑质量。对此，可以构造关键天数温度指数来进行保护。

（四）气温、湿度联合指数

湿度是一个重要的天气风险因素，因为当湿度增加时，特别是伴随气温的上升，人的不适度也增加，人们会改变其行为，包括多用空调多用电、买更多的冷饮、取消计划中的户外娱乐活动或缩短活动时间等。气温、湿度联合指数（舒适度指数、中暑指数等）对电力、饮料、娱乐等行业中的公司而言特别重要。例如，无论什么时候，只要发布了中暑和太阳伤害公众警告，公园的游人数量就会减少，公园的经营商可以使用相应的指数取得天气风险保护。下面是湖南省气象局发布的人体舒适度指数和中暑指数计算标准（表5-8和表5-9）。

表5-8　人体舒适度指数的分级说明

表5-9　中暑指数的分级说明

式中K为人体舒适度指数，T为日平均气温，R H为日平均相对湿度，V为日平均风速。

中暑指数（时段在5—9月）计算方法为

式中Fzs为中暑指数，T3为连续3天的平均气温，T-35指最高气温高于35℃的温度的累积值，f为14时相对湿度对中暑指数的修正值。

式中Ti为到当天为止连续出现的高温日的最高气温。只要日最高气温小于35℃，则T-35记为0。

（五）降水量指数

降水量指数一般用于农业、旅游业、娱乐业等产业。

适量的降水对农作物的生长是至关重要的，因为农作物可能受到降雨量不足（干旱）或降雨量过多（洪水）的影响。所以，可以构造洪涝指数、干旱指数、临界降水量指数等。

娱乐业也可能受到降雨量的影响，可使用适当构建的降雨量/降雪量指数产品对其收入进行保护。例如，过量的降雨可能减少主题公园、动物园、音乐会的门票收入。连阴雨会影响餐饮业、酒吧、商场的生意。

从事冬季旅游业的公司为了创造“理想”的冬季假环境，希望有充足的降雪量。在降雪不足时降雪量指数可以提供保护，这些公司可以利用降雪量指数对其获利水平进行保护。相似的，积雪清扫公司和积雪清扫设备制造商通过应用降雪量指数，也可以从保护计划中获利。相反，那些经营受到过早或过量降雪的负面影响的公司可以用相反的方式应用降雪量指数。例如，大量的降雪关闭了机场或引起航班到达和出发时间延误，空港当局和航空公司可能承受经济损失。另外，如果降雪量大于预测，市政当局不得不洽谈额外的积雪清扫合同，市政当局就可能要增加支出。

湖南省气象局发布的旅游指数，计算公式如下

式中Fly为旅游指数，N为总云量，Fuv为紫外线指数，dT为日平均气温，dV为日平均风速，Kr为雨量指数，Kw为恶劣天气指数，Khot为最高气温指数。

依靠水力发电的能源公司同样关注降水量指数。例如，湖南的降水具有明显的季节性，在降水集中期可能发生洪涝灾害，政府从防灾减灾的角度出发将加强水库调度，可能放闸泄洪。而水电公司希望能蓄更多的水用于发电，所以降水量指数对水电公司非常关键，降水多了、少了可能都对水电公司不利。

（六）能见度指数

能见度指数主要用于航空公司、航运公司、高速公路公司等，因为大雾关闭机场、高速公路，将影响航空公司、航运公司和高速公路公司的收入。在我国，大雾出现的时期一般在春秋季节。

（七）台风指数

一直以来，人们可以对台风、热带气旋等灾难性时间进行传统的天气保险。然而，这样的保险单通常仅针对财产和人身伤害。但是，当灾难性天气来临时还会导致另外一种损失，即经营损失。例如，当热带气旋和台风来临时，海洋钻探作业者和海洋地震绘图作业者可能就被迫撤离或停止作业。这里所涉及的部分费用，比如额外的交通费用、再定位费用、耽误的生产天数等，可以预先估算，所以可以构建一个指数，对作业地点附近事先确定的一个区域中的任何恶劣天气事件进行财务赔付。另外，遭受台风袭击的沿海地区的经营部门也会被迫关门，一些群众将被转移，造成经营损失，对此同样可以构造指数来进行保护。

另外还有一种指数，就是台风轨迹指数。处于海洋台风中心地区的工作人员和财产无疑是危险的，但海洋经营者对数百英里范围内的台风也极为重视，因为，经营者必须知道找到其贵重、大体积的设施并将其撤离危险区域所需的时间。在这些准备工作进行时，作业还在继续，虽然进度极其缓慢。台风路过导致的经营效率的降低是将这种风险视为非灾难性风险的主要原因。要回避台风轨迹的风险，可以利用基于“目标”指数进行赔付的金融产品，以工程所在地的经纬度作为中心，围绕中心按预先确定的间隔画若干同心圆，当台风经过同心圆时避险金融产品就逐日产生赔付（从里面的同心圆到最外面的同心圆），赔付的财务金额递减。只要“目标”避险工具的构造反映了营运经理所采取的行为，逐日赔付额与经营中断损失密切相关。

（八）风力指数

随着清洁能源的开发，风能将在我国能源结构中占有一定的地位。但风力电厂对风的要求非常严格。风力达不到要求明显是引致发电量减少和收入低于预期的关键原因之一。显然，人们做了大量的努力以确保风力电厂坐落地有起码水平的风力。然而，预计极有可能是依据预期的平均风速。如果达不到这些预期值，电厂就可能发现预算不符实际，或者说电厂会受到收入减少的影响。

生产与事先确定的风力条件下应有财务表现等量的财物后果的风力指数，可以提供一个机制以预防财务表现的恶化。风速指数可以通过基于每日用风速仪计量得到的平均风速构建，用km/h度量，每天平均风速可以基于不同的时间间隔计算。与风力指数有关的风险管理挑战多数与基础数据有关。当一家风力电厂建在一个“绿色旷野”时，能得到的可靠的风速数据极为有限。缺乏可靠的数据，使有关定价和风险管理活动变得复杂起来。相应地，任何与风力有关的合约很有可能要求合约的一方承担一定数量的目标地点和有充足历史数据的附近地点之间的基础差异风险。

（九）联合指数和用户化指数

要使非灾难性天气风险市场持续扩张，终端客户市场的进一步增长是基础，也就是与那些其日常经营业务面临特定天气风险的公司直接进行的交易的增加。要做到这一点，一个办法是构造反映实际经营风险的指数或基于这些指数的金融产品。这就要求开发联合指数和用户化指数。

许多公司有就其自己的经营而言是非常特殊的风险，这几乎确定地表示，标准指数必须在某种程度上进行用户化。前面提供了大量的为满足在不同行业公司的经营需要而“度身定做”的指数。比如，户外活动促销者和高尔夫球场经营者可能受降雨量的影响、建筑公司和零售商可能受不利天气的影响，等等。这些指数应用了上文描述过的、基础的气温、降雨量和降雪量指数，并将它们用户化，以满足个别公司的特殊需要。

保险和衍生品合约允许大幅度地修改。对许多经营者而言，风险可能不是天气事件“A”的发生，而是天气事件“A”或“B”的发生，或天气事件“A”和“B”同时发生。因为联合指数的金融产品在定价和风险管理上有较大的难度，所以供给者可凭此创造出可观的市场利益，而这需要供给者有一定的能力。除了能更有效地反映客户的要求，这些联合产品往往较单个的指数产品便宜，因为赔付的发生必须是两件事件同时发生。在农业领域，很容易想到用联合指数对降雨和结冰气温的影响进行保护。单是降雨或单是结冰气温可能不会导致真正的农作物损害，而降雨伴随结冰气温的出现就可能产生广泛的损害。因此，很容易构建一个更经济的联合指数，使农民在降雨量超过一定的数量、气温降到结冰气温时得到赔付。实际上，同类复合指数可以用于汽车保险业，因为降雨和降温导致道路结冰时，保险公司将面临更多汽车交通事故的索赔。

联合指数并非仅仅局限于天气因素，也可以是一个天气因素和一个非天气因素的联合指数的交易。这方面最早的例子之一出现在能源行业，气温和能源的价格经常联合提供特定的风险保护。这种构造被认为使天气和能源商品供给或需求之间存在的关系更紧密了，这是合乎逻辑的。例如，害怕受到异常寒冷冬季影响的地方煤气分销公司（异常寒冷冬季可迫使公司为满足消费者需要不得不在较昂贵的现货市场购买额外的能源），可以保护自己免受HDD和天然气价格都超过了事先确定的水平的影响。单纯是HDD值超过了规定的水平可能不会导致公司的损失，但HDD上升和天然气价格的暴涨结合在一起就可能带来损失；双扳机HDD/天然气价格指数结构品可以用有竞争力的价格提供适当水平的保护。

非线性指数可以用来描述非线性增加的风险或严重水平。当指数的变动和收入的减少或成本的增加之间的关系是非线性关系时，这样的指数就可以应用。例如，假设公司的分析证明了气温和利润之间存在的非线性关系时，面临夏季气温较高风险的公用电力公司可能希望应用非线性指数。特别是，一旦每天的最高气温上升到事先确定的水平之上时，公司的风险就可能加速上升，这可能是驱动利润的商品价格影响的后果之一。为保证公司的收入，公用电力公司可以购买基于不定峰值（variable peak degree day，VPDD）指数的保护，不定峰指数的自然增长规则是：

式中T max为最高温度（单位℉），85为华氏温度。

因为非灾难性天气风险管理产品市场还处在相对初级的阶段，不断有新的发展。虽然上述指数可以应用于许多标准情况，但为了满足公司和行业的需求，构建新产品的机制在不断变化。情况极有可能是这样的，随着市场的增长，只要进行成本/收益分析所需基础数据存在，实际上影响企业经营的任何天气事项都将列入考虑之列（如阻止货船靠岸的雾、中断航空公司运营的低云高、影响钻探作业的浪高）。

我国天气指数开发及其对各行业的重要影响

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