作者 | 中信建投期货研究发展部
研究员：刘昊
本报告完成时间 | 2024年10月24日
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天气衍生品是一种与天气指标直接相关的金融工具，它允许市场参与者通过对温度、降雨量、风速等天气参数的变化进行交易，从而对冲由于天气异常带来的风险。与传统的保险不同，天气衍生品不需要物理损失作为索赔的条件，而是基于天气指数的变化支付。例如，一些农民可以购买基于降雨量不足的衍生品，如果干旱发生（这意味着某段时期内的实际降雨量低于买入时的降雨值），他们可以从衍生品交易中获利以对冲天气可能带来的农业损失。
天气衍生品最早出现在20世纪90年代末的美国，最初的推动力量来自能源行业。由于能源需求和天气有着密切的关联，能源公司通过天气衍生品来对冲气温波动带来的价格和供需变化风险。此后，天气衍生品市场逐渐扩展到其他国家和地区，欧洲、日本、澳大利亚等地也开始发展相关市场。近年来，虽然市场的交易规模有所波动，但天气衍生品作为一种有效的风险管理工具，其市场潜力依然巨大。
CME（芝加哥商品交易所）作为全球最大的衍生品交易所之一，自1999年推出首批基于温度指数的天气衍生品以来，其交易量经历了波动式增长。2021年CME天气衍生品市场交易量开始较前面几十年快速增长，而这一势头在2022年有所下滑，反映了全球天气衍生品市场的周期性特征（本质可能是气候的周期性变化）。2023年，随着全球气候事件的频繁发生，CME天气衍生品的成交量再度回升，特别是在极端天气影响下，能源和农业相关企业的避险需求推动了交易量的进一步增长，使得CME天气衍生品交易量达到新的峰值。数据显示，2023年天气衍生品的平均每日交易量（ADV）同比增长了285%，而持仓量（Open Interest，OI）也达到创纪录的23万手。此外，CME也积极推出新产品以满足市场需求，2023年8月推出供暖度日 (HDD)、制冷度日 (CDD) 和累积平均气温 (CAT) 期货期权，覆盖美国、欧洲和亚洲主要城市，进一步促进了交易量的增加。
为了增加市场的覆盖度和吸引更多区域性企业参与，CME近年来不断扩展温度指数期货的适用城市范围。除了传统的大城市外，CME于2023年新增了多个重要城市的温度指数期货，扩展到包括新上市的巴黎、埃森、伯班克、休斯顿、费城和波士顿等城市的期货，以补充现有的亚特兰大、芝加哥、纽约、辛辛那提、达拉斯、拉斯维加斯、明尼阿波利斯、萨克拉门托和波特兰等美国国内城市以及伦敦、阿姆斯特丹和东京等国际城市上市产品。
这些新城市的引入背后有多方面的原因。首先，温度指数期货交易不仅限于能源公司，越来越多的行业（例如旅游、保险和建筑业）意识到天气风险管理的重要性。新增城市能够覆盖更多特定行业集中区域的天气风险管理需求。其次，这些城市的温度波动大，极端天气事件频发，在更多的城市引入温度指数期货有利于交易者在一定程度上规避空间基差风险。例如拉斯维加斯的温度指数很难为身处亚特兰大地区的交易者提供有效的天气风险对冲。简言之，新增这些城市的温度指数期货为相关企业提供了更灵活、更精准的风险管理工具。
但即便如此，一直以来CME的天气衍生品交易依然面临一些困境，其中比较显著的是OTC市场的活跃与场内市场的相对沉寂。尽管CME为天气衍生品提供了标准化的场内交易机制，但与场外交易相比，场内市场的流动性仍显不足。场内交易的活跃度低于OTC市场，尤其是在一些新兴城市的温度指数期货中。交易者更愿意选择场外交易，最直接的原因是因为OTC市场能够提供更灵活的合约设计，满足企业的个性化需求，而场内标准化合约则可能难以精确反映某些特殊行业或者特定地区的风险。
另一方面，温度指数期货的定价相对复杂（这从过去十几年学术文献主要聚焦在天气衍生品定价机制的讨论中可见一斑），尤其是对于非金融行业的参与者而言，理解天气指数的定价模型和期货市场的运作机制可能存在难度。OTC市场通常由金融机构提供更加个性化的服务，帮助企业根据特定的天气风险需求定制合约，简化了复杂的定价和交易流程。而在场内交易中，企业必须依赖标准化的产品和市场价格，定价过程透明但不一定灵活，导致一些企业更倾向于OTC交易。此外，标准化的交易本身会让企业为此付出“代价”，包括较高的交易手续费、保证金要求等。相比之下，OTC市场允许更灵活的保证金安排和更低的交易成本，从而吸引了更多中小型企业。
事实上，更深层次的讨论需要用到空间基差（spatial basis）这一概念。2015年发表在《治理与监管杂志》（Journal of Governance and Regulation）上的一篇论文题为《Why Haven't Weather Derivatives Been More Successful as Futures Contracts? A Case Study》（为什么天气衍生品作为期货合约没有更成功？一个案例研究）提出了CME天气衍生品的结构限制了交易者参与交易的意愿，其中就提及空间基差。空间基差指的是由于地理位置不同，导致不同城市之间的天气情况存在差异，从而影响温度指数的对冲效果。例如，某企业位于CME未覆盖的城市B，想对冲冬季温度降低带来的供暖需求上升风险。虽然可以选择相邻城市A的取暖度日（HDD）期货合约，但如果城市A和B的气候差异较大（例如，城市A更靠近海洋，气候温和，而城市B位于内陆，冬季更为寒冷），就可能产生明显的空间基差，这样的对冲效果会大打折扣。空间基差的存在使得很多企业无法通过标准化的CME期货产品来精准对冲其特定城市的天气风险。尽管一些企业采取“多城市组合交易”来试图规避空间基差，即通过同时使用多个相邻城市的温度指数合约来减少空间基差带来的风险。然而，这种策略虽然可以部分缓解气候差异的影响，但增加了交易的复杂性和成本。因此，他们更倾向于选择场外交易（OTC），因为在OTC市场中，交易者可以根据特定需求进行定制化交易，无论是地点、时间还是天气参数。这种灵活性使得OTC市场在应对空间基差时更具优势。
综合来看，近年来CME在天气衍生品市场的持续扩展，尤其是通过新增城市温度指数期货，展现了其应对气候变化和满足全球风险管理需求的能力。然而，场内交易面临流动性不足、定价复杂性高、存在空间基差等问题，导致许多交易者更愿意选择OTC市场。未来，CME或许需要在增强流动性、降低交易成本、增加产品灵活性等方面做出努力以吸引更多交易者参与其场内市场，从而提升整体市场的活跃度。
作为国内首家围绕天气衍生品展开研究设计的交易所，早在 2002 年，大商所便以玉米、大豆等农作物产区天气变化为基础，开展天气衍生品研发工作。并在 2005 年完成与中央气象台战略合作协议的签订。2022年9月，大商所与中央气象台合作编制的日平均温度指数（DAT 指数）、月度累积平均温度指数（CAT）和月度制热（HDD）/制冷指数（CDD）正式发布，天气衍生品的研发工作步入新阶段。
事实上，前文所描述的CME场内天气衍生品存在的局限性同样在我们研发国内天气衍生品的过程中可能发生。我国地域辽阔，跨越多个纬度，气候条件复杂多样。从热带季风气候到温带季风气候，各地的气候差异较大，这使得在设立温度指数期货时，必须考虑区域性气候差异，无法通过一个全国统一的指数来满足各地的需求。为有效应对不同地区的气候风险，合理的做法是根据地理和气候条件，将城市进行分类，并设立多个城市的温度指数期货合约。这种做法可以帮助规避跨城市的空间基差风险，因为不同区域的企业更倾向于选择本地的合约来对冲风险。
然而，设立过多的城市合约也会带来新的挑战。一次性推出大量的相同类型合约，尤其是当合约还按不同月份细分时，可能导致市场流动性分散。交易者的关注度和资金分布在多个合约之间，进而削弱了单个合约的交易活跃度。举例来说，四川省的企业可能更倾向于交易基于成都市的温度指数期货，而黑龙江省的企业则会选择以哈尔滨市为基准的相关合约。如果城市合约数量过多，每个合约的流动性都将面临一定程度的稀释，这对于场内交易的活跃度不利。
因此，如何在合约个性化设置与市场流动性之间取得平衡，是当前温度指数期货发展中的难题之一。过多的个性化可能会影响整体市场的活跃度，而如果忽略不同地区的气候差异，基差风险又无法有效规避。目前，无论在学术界还是实业界，对于这一问题还没有明确的解决方案。这也意味着，在未来发展温度指数期货时，可能会出现场外个性化交易活跃、而场内交易相对冷清的现象，类似于CME等海外市场的情况。不过令人乐观的是，欧洲能源企业Aquila Energy在他们对外的天气衍生品介绍手册中提到过一个潜在的可行方法，即基于时间尺度在不同城市之间的天气（短期）、气候（长期）方面的耦合性做实证研究。结果显著意味着在某一特定时期，位于B城市的企业也可以用A城市的温度指数期货对冲天气风险。如果具有这种耦合性的城市对数量足够多，也即意味着可以设立更少的城市合约就可以满足遍布全国各地的交易者的交易需求，这种方式值得进一步研究与探索，以优化温度指数期货市场的设计。
参考文献
[1]Q4 2023 Energy Update，CME
[2] Weather Futures and Options，CME
[3] Weather Derivatives Grow as Risks Intensify，CME
[4] Introduction to Weather Derivatives，Aquila Energy
[5] Hilary Till，2015，Why Haven’t Weather Derivatives Been More Successful As Futures Contracts? A Case Study，Journal of Governance and Regulation
[5] 孟一坤，2015，《天气衍生品研究综述》，《金融评论》
[6] 胡晓玲，崔莹，2022，《天气衍生品发展的国际经验借鉴》，《金融纵横》
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