基于结构突变点的欧盟及中国碳市场有效性研究

（东华大学旭日工商管理学院，上海 200051）

引 言

市场的有效性是金融学理论的核心命题，是现代金融理论的基石。市场有效性不但是投资分析和决策的前提，也是金融市场不断完善的标志。碳市场有效性演变的分析、评价和改进，是碳市场不断进化的强大驱动力。

已有大量研究表明，金融时间序列重大冲击后，往往发生结构性变化，呈现与以往不同的持续性特征。Perron（1989）提出了直接突变点检验的方法［1］。 随后 Zivot 和 Andrews （1992）［2］、Lumsdaine 和 Papell （1997）［3］、 Lee 和 Strazicich（2003）［4］、 Alberola 等 （2008）［5］采用模型内生化对方法进行了改进并进行了实证分析，但是这些方法只能进行最多两次结构化变点检测。Bai和Perron（2003）研究了具有多元结构突变的线性回归模型，提出多均值结构突变检验方法，并成功对美国从1961～1986年的实际利率序列的突变点进行识别［6］。吴振信等 （2015） 选取EU-ETS为研究对象，利用Bai-Perron方法检验了碳价发生结构突变的次数和时变点［7］。

Hurst指数是分形市场理论中描述市场有效性最关键的指标之一。目前关于Hurst指数最常用的是Peng等 （1994）提出的DFA分析方法，它是一种分析非平稳时间序列长记忆性及相关性强度的方法［8］。 当Hurst（H）值等于0.5时， 该时间序列是随机的，具有独立性，现在的信息不会影响未来的序列值，市场呈现弱有效性。当0≤H＜0.5时，表示该时间序列的变动是符合分形布朗运动规律的，呈现出反持续性的记忆特征。当0.5＜H≤1时，表示该时间序列是持续性的，即具有长期记忆性。

当用Hurst指数描述市场有效性时，现有的文献通常不考虑市场结构突变的问题［9-14］，但是Hao（1996）等的研究表明，忽略结构突变的建模过程可能会导致检验结果与真实情况之间存在误差，甚至得到错误的结果［15］。因为市场结构突变意味着市场将呈现与以往不同的持续性特征，故基于市场结构突变点的Hurst指数 （Hurst Index Based on Structural Breaks，HIBSB）是发现制约市场有效性的关键要素或变量，进而对市场进行改进与优化的重要途径。可以通过寻找市场结构突变点，定量地考查市场持续性特征的变动区间及其边界，并将其作为有效性演变分析的区域。采用HIBSB的意义在于通过HIBSB，有可能将市场静态、宏观和粗线条的有效性指标，转变为动态、微观和细化的指标；通过定量、细化和动态地描述市场的有效性，将为发现引发市场有效性演变的关键要素或变量提供有力佐证，进而为分析关键要素或变量之间的相互作用机制提供科学依据。

1 主要研究方法及其相关算法

1.1 均值结构突变点的检验方法

Bai-Perron （1989， 2003）［1，6］提出了内生多重结构突变检验法，同时克服了外生结构突变检验和其他内生结构突变检验方法存在的缺陷。他们在大样本的理论基础上，提出了多个检验结构突变的统计量，主要包括判断序列是否发生结构突变的SupFT（k）统计量、UDmax和WDmax统计量，以及判断结构突变位置的SupFT（i｜1+i）统计量、信息准则统计量 （BIC、LWZ）等，其具体检验步骤如下：

（1）样本量为T的数据生成过程，其计算公式如式 （1）所示。

其中：j＝1，2，…，m+1；yt为因变量；xt、zt为自变量；β、δj为系数向量；Ut为残差项；m为突变次数；T1，…，Tm为结构突变点。

（2）利用最小二乘法得到每个可能突变点的β和δj，求出不同分割形式下的全局残差平方和，如式 （2）所示。

（3）对不同分割形式下的残差进行比较，选出具有最小残差平方和的分割形式，详见式 （3）。

根据UDmax和WDmax判断结构突变点是否存在，如果存在，再利用SupFT统计量和信息准则统计量BIC和LWZ确定结构突变点的位置和个数。

1.2 DFA方法

消除趋势波动分析 （Detrended Fluctuation A-nalysis，DFA）计算过程包括以下4个主要部分：

长度为N的时间序列 ｛xk，k＝1，2，3，…，N｝，它的累积离差序列如式 （4）所示。

（1） 将y（i）以长度为n等长分割为不相关的小段，在每段上拟合最小二乘直线或多项式曲线，作为该段的局部趋势 （Local Trend），得到每个区间的拟合函数yn（i），计算累积离差序列y（i）的波动均方根，得到如式 （5）所示波动函数F（n）的计算公式：

（3）如果时间序列 ｛xk｝长程相关，则波动函数F（n）与n满足式 （6） 关系：

（4） 双对数坐标下， 对 ln［F（n）］与 ln（n）的散点图用最小二乘法拟合直线，得到直线率，即Hurst指数。

1.3 HIBSB定义及其计算

HIBSB的定义：对给定总长度为N的时间序列Ri，其中i＝1，2，…，N； 假设其中存在M个结构突变点Bj（j＝1，2，…，M）， 以时间序列的起点、M个结构突变点和时间序列的终点为边界，组成M+1个HIBSB， 其子区间为Sk（k＝1，2，…，M，M+1），则基于市场结构突变点的Hurst指数，即HIBSB＝｛Hurst（Sk）｝。

HIBSB的计算流程如图1所示。首先定义了拟考察的碳市场收盘价时间序列的边界，即起点和终点，然后逐一判断Ri是否是结构突变点，从而得到突变点的位置和数目N，再以各个突变点为分界点，将时间序列划分为几个分段，并计算各个分段的Hurst值。

2 实证分析

2.1 碳市场的选取及其特点

本文选择了欧盟碳市场、中国湖北和上海碳市场的每日收盘价为研究对象。所选取的3个碳市场的特点分别如下：（1）欧盟碳市场从2005年1月开始运行，是目前世界上运行时间最长且规模最大的碳市场。目前为止一共经历了3个阶段，第一阶段：2005～2007年；第二阶段：2008～2012年；第三阶段：2013～2020年；（2）湖北碳市场是我国8个碳交易试点市场中规模最大的，自交易以来，总开户数、市场参与人数、成交量、成交额、交易连续性等有效指标都居于全国第1位；（3）上海碳市场则是依托于上海这个国际金融大都市，建立了较为完整的碳排放交易制度和体系，采用完全公开透明的市场化方式运作，交易方式高效敏捷。由于3个碳市场中，湖北碳市场是最晚开始运营的，为了方便比较，本文将3个碳市场的考查时间统一设定为从2014年4月2日到2019年11月29日为止。

图1 HIBSB的计算流程

2.2 基于结构突变的有效性分析

2.2.1 3个碳市场的结构突变点检验

表1 Bai-Perron均值结构突变点检验结果

从表1可见，在5%的显著性水平下，UDmax Statistic和WDmax Statistic都分别大于它们的临界值Critical Value，表明原序列存在结构突变点。而根据F统计量的值可以看出，检测出的5个结构突变点的F统计量都显著大于其对应的临界值，表明在样本期间一共发生了5次均值结构突变。

表2 LWZ突变点检验结果

为了使检测结果更为准确，采用LWZ Criterion进一步核实序列发生结构突变的次数和位置。由表2可见，5个结构突变点都通过了LWZ的检验。故欧盟碳价在 2014／04／02～2019／11／29 期间， 共有5次结构突变点。

图2给出了欧盟价格原始序列和残差样本内拟合的情况，从中可以看出，每一个波动区间内部都有不同的价格生成规律，进一步证实了结构突变点的次数和位置。

同理，可得到湖北和上海碳市场的结构突变点。本文将3个碳市场结构突变点与国内外相关的重大事件做了相关联系，如表3所示。

图2 欧盟碳价原始序列与残差拟合图

表3 3个碳市场的结构突变点所对应的国内外重大事件

续 表

从表3可以看出，每一个结构突变点附近都有其相对应的重大政治、经济事件的发生，而这些内外环境的变化，必然在很大程度上促使政府提出相应的碳改革政策等，相关企业也会对这些政策做出反应，继而引发碳市场有效性发生对应的变化。

2.2.2 Hurst指数计算

下文基于去趋势波动分析 （DFA）计算各个碳市场的Hurst指数。表4给出了3个碳交易市场基于各结构突变点为分界点，不同时间分段的Hurst指数及其演变示意图。

2.2.3 有效性分析

本文认为，不同程序中不同的价值导向在起最终的作用。在专利授权程序中，权利要求理解的价值导向在于：促使专利申请人修改申请文件从而以更加明确的措辞或术语来限定其保护范围。在专利确权程序中，权利要求理解的价值导向在于：既要考虑授权权利要求的公示作用，又要考虑其实际技术贡献，从而更好地在保护专利权人的创新与由权利要求公示作用所体现的保障公众合法权益之间维持平衡。在专利民事侵权程序中，权利要求解释的价值导向在于：对一项具有技术贡献的发明匹配合理的保护范围从而作出侵权与否的判断。不同的价值导向使得不同程序中权利要求保护范围的理解和解释的基本规则不尽相同。

根据表4给出的Hurst指数的计算结果，进行相关分析。

（1）当不考虑结构突变点时：欧盟、湖北和上海3个碳市场从2014年4月2日至2019年11月29日Hurst指数分别为0.6542、0.5879和0.6278，均大于0.5。由此表明了3个碳市场都不满足随机游走分布条件，即3个市场都不属于完全有效市场，碳市场价格序列均具有长期记忆性，其中未来市场价格走势延续目前趋势的可能性由小到大排列分别为湖北、欧盟和上海。

（2）当考虑结构突变点时：欧盟、湖北和上海3个碳市场的情况分别如下：

①欧盟碳市场在2014年4月2日至2019年11月29日的时间段内共有5个结构突变点，此时间段正处于欧盟碳市场的第三阶段，由于前两个阶段碳配额政策的失败，欧盟碳市场碳配额供给远远大于排控企业实际需求，故碳价持续低迷，市场流动性差。在这样的情况下，碳价对外部因素更为敏感，非常容易受到外界政治经济等条件变化的影响从而使碳价发生结构性的变化。如表3中列出的重大事件，希腊威胁退出欧盟、巴黎气候大会谈判不顺、美国提出可能退出 《巴黎协定》等都对欧盟碳市场的内外部环境造成很大冲击和影响。因此在考察区间内Hurst演变轨迹呈发散态势，偏离0.5较远，整体非理性突出，即市场受信息制约和影响严重。

在这样的背景下，2018年2月和2019年初，欧盟分别通过了碳市场第四阶段的改革方案和开始启动市场稳定机制MSR，这两个政策的发布及实施，拉动了碳价的回升，同时市场有效性开始越来越具有长期记忆性，虽然比起2018年之前欧盟碳市场的有效性有所提高，但是其进一步的发展仍然有待实证分析和考察。

②湖北碳市场在2014年4月2日至2019年11月29日的时间段内共有3个结构突变点，而上海碳市场在此期间内共有4个结构突变点。湖北碳市场的结构突变点都正好处于政府或企业制定下一年度的碳监测计划或履约期附近，年末时碳交易比较活跃，是因为一些企业开始按照工作计划提前储备配额或出售配额；而履约期则是因为大部分企业为了按时完成履约配额，导致在这一阶段左右交易需求量增大，从而发生结构突变。为了改善这一问题，湖北省出台了一系列政策，其核心思想包括：（a）分配额度的科学化。2017年碳配额分配方案变为通过基准年的碳排放量乘以企业实际生产月份占全年月份的百分比进行配额分配，消除了企业产能变动导致的大规模盈余碳配额出现； （b）湖北碳市场放开对投资人的限制。大力鼓励境外投资者的参与，促进市场投资者多元化；（c）设置低碳产业投资引导资金，依靠基金杠杆作用撬动更多社会资本进入碳市场，降低碳产业融资成本。以上举措大大增强了市场流动性，是湖北碳市场初步形成有利发现和施放碳价格信号的机制，为其弱有效市场建立且向好发展奠定了基础。上海也在多个方面对碳市场进行改进，出台了一系列涉及交易、监管、法律等方面的规则和政策，对上海碳市场有效性的演变发挥了重要作用。如2014年、2015年上海环境能源交易所发布 《关于申报上海碳排放交易机构投资者的通知》、《关于修改碳排放交易规则的通知》等，包括：控排主体范围逐步扩大；通过“自上而下”和 “自下而上”的配额总量控制目标；形成较为公平且符合上海实际的配额分配方法；形成较为科学、具有可操作性的核算方法和核查制度；制定 “1+6”的交易规则和体系；形成由法律手段、行政措施和技术平台组成的监管和保障体系，使上海始终保持100%履约。可能是受到中美贸易战经济大环境的影响，2018年3月份上海碳市场发生了一次结构突变。

表4 3个碳市场Hurst指数和HIBSB示意图

这些结构突变点符合两个试点地区各自的实际情况和特色。湖北省作为我国的工业大省，其对碳减排的重视程度很大程度上取决于国家政策导向。而上海作为国际第四大金融城市，碳市场与金融市场密切结合，不断加强产品创新，形成了借碳、回购、质押等创新服务。因此较容易受到金融市场动荡的影响。在这样的内外环境下，2018年6月和9月，国务院和生态环境部分别提出了《关于全面加强生态环境保护，坚决打好污染防治攻坚战的意见》和 《进一步深化 “放管服”改革，推动经济高质量发展的指导意见》。湖北省在2018年6月出台了 《2018年湖北省碳排放权抵消机制有关事项的通知》，进一步规范抵消机制，鼓励减排。上海则在2018年7月提出了上海市碳排放核查工作规则 （试行）和上海市温室气体排放核算与报告指南 （试行）两个文件。进入2019年之后，两个试点碳市场都没有发生结构突变，可能预示着市场的流动性提高、交易量分散等良好的市场反应。

从以上分析可以看出，随着内外环境的不断演变，国家、湖北和上海从政策、法规等多个方面不断创新、完善，提升了试点碳市场的有效性，使两个碳市场的Hurst值的演变轨迹始终围绕在0.5上下波动，前者与0.5的最大偏离量为0.0879，后者与0.5最大偏离量为0.1278，这预示了弱有效市场具有良好发育状态和趋势向好的可能性。

3 结论与建议

3.1 结 论

本文将结构突变点和Hurst值组合在一起构成了HIBSB，对欧盟、湖北和上海碳市场从2014～2019年的市场有效性进行了分析，得出以下基本结论：（1）欧盟碳市场的结构突变点最多，即欧盟的碳价最容易受到外界经济、金融和政治事件的影响。而湖北和上海碳市场的结构突变点均少于欧盟的结构突变点，且主要是受到履约期等的影响，说明国内碳市场相比欧盟碳市场更稳定，但流动性仍然不够；（2）不考虑结构突变点的Hurst值要高于考虑结构突变点的分段Hurst值。即通过采用HIBSB对市场有效性进行量化考察，为发现引发市场有效性演变的关键要素或变量提供了新途径；（3）湖北和上海碳市场基于本地特点实施的一系列创新举措，有效提升了市场的有效性，使得两个市场都呈现趋近弱势有效市场的良好发展趋势，而欧盟碳市场则偏离弱有效市场，朝显著长期记忆性的方向发展。

3.2 建 议

总体上，湖北和上海试点碳市场的市场有效性表现还是不错的，但是距离达到完全的弱式有效还有一定的距离，因此提出以下3点建议：（1）扩大市场流动性，可进一步减少碳价格序列的结构突变点，使价格序列更稳定，更不易受外界经济、金融、政治和履约期等影响；（2）建立公平合理的碳配额分配机制，从上文的分析来看，欧盟的市场有效性并不好，可能的原因是欧盟的免费配额过多，供大于求，使得价格过低，进而影响市场有效性；（3）根据碳减排形势发展和本地实际的经济等情况适时对碳政策、交易机制和环境进行调整优化。