论股票市场与石油市场的关系

天津科技大学

学年论文

论文题目：中美股票市场与石油市场的溢出效应

专业：金融工程

学号：12083211

姓名：张林

指导老师：张国富

【摘要】本文采用计量经济学方法实证研究国际石油市场与股票市场的相互作用，在确定变结构点的基础上，建立 VAR 和GARCH-BEKK 模型验证石油市场和股票市场是否存在收益率和波动性的相互溢出。美国股市相对较成熟、监管相对完善，而中国股市作为有着二十年历史的新兴市场，正逐步走向成熟和完善。通过比较研究，希望发现石油价格变化对中美股市是否有不同影响。

【关键词】收益率、波动溢出、VAR、GARCH-BEKK、变结构点

一、选题背景

根据现有国内外文献，研究石油市场对股市影响的主要方法有三种：一是建立多因子模型，将石油价格作为影响股价因素引入；二是建立向量自回归模型（VAR），研究二者的相互溢出效应；三是建立多元广义自回归异方差模型（MGARCH），分析股票价

格和石油价格波动的相互溢出。本文试图探讨石油市场与中美股票市场之间的信息传递影响，而市场之间的信息传递可通过收益率 ( 或价格变化率 ) 的均值溢出表示，或通过收益率的方差，即波动溢出表示。本文将建立 VAR模型分析国际石油和中美股市收益率的相互溢出效应，建立二元GARCH 模型分析国际石油和中美股票价格波动的相互溢出效应。考虑到经济形势的变化可能会对指数收益率产生影响，本文将采用 Barry&Hartigan (1993) 的马尔科夫链蒙特卡洛模拟分块积模型和Bai&Perron(1998)的动态程序法对指数序列进行变结构点估计。

二、数据处理

中国自 2003 年开始成为世界第二大石油消费国，故本文以2003 年 1 月 2 日到 2011 年 4 月 8 日的各市场日收盘数据为样本，共计 1931 个观测值。数据处理采取剔除法，剔除中美股价指数、石油期货价格因节假日等因素而停牌的数据。使用的数据有 : 美国标准普尔 500 股价指数收益率、经汇率调整后的上证综合指数收益率、美国库欣标油三个月到期期货价格收益率。数据来源于雅虎财经、美国联邦储备银行、美国能源情报署。以第 900 个交易日左右为界，其后的各收益率序列波动性明显增大，即经济形势的变化可能对指数收益率产生影响，故考虑各序列是否存在一个变结构点。由于标普 500 指数和石油期货指数都是剔除部分数据的序列，故变结构点以上证综合指数为基准，将样本区间分为样本 1 和样本 2 两段。根据估计结果，确定变结构点在第 927 个数据处，限于篇幅，变结构点的具体选择方法本文不做详细论述。

三、模型设定

均值溢出效应和波动溢出效应，由均值和方差体现。收益率

其中μi是资产收益列向量，μi为 R1,t的条件期望 , φi,j、θi,j为待估计系数，ξ1,t

和ξ2,t为残差序列，v1,t和 v2,t都是标准高斯白噪声序列，Ht是残差项ξ

t的 2 x2 阶条件方差及协方差矩阵，为一个二元 GARCH (1,1) 过程。Ω是个 2 x2 阶的上三角矩阵，

Γ和 B 是 2 x2 阶参数矩阵，分别对应 ARCH 效应和 GARCH 效应。本文的经验研究将利用软件 R 和 MATLAB，按如下步骤进行：首先，估计由 (1) 式和 (2) 式组成的 VAR 模型，通过检验θi,j和φ2,j是否等于 0 来验证股指收益率和石油期货收益率是否存在均值溢出效应，并通过正交脉冲响应函数对收益率间的相互影响作用进行分析。

其次，采用极大似然法估计方程，用估计得到的 VAR 模型的残差序列来估计 (3) 式构成的二元 GARCH(1,1)-BEKK 模型，使用 R 软件执行优化过程。收敛准则是对函数和参数都设置为 0.000001，Hessian 矩阵采用 BFGS 算法迭代更新。我们构造Wald 统计量，利用 MATLAB 编程进行计算，通过检验Γ和 B非对角线元素是否为 0 来验证各序列之间是否存在波动溢出。从统计量描述中已确认各序列都是非正态分布，因此，本文的模型估计将使用极大似然估计法进行估计。

由于行业数目较多，本文选取由道琼斯第一财经中国600 行业领先指数中按照行业分类标准（ICB）给中国股市划分的 14 个行业来研究。石油的价格用 Brent 原油的每周现货价格，数据取自美国能源情报署（EIA），14 个行业指数数据用周收盘价，取自和道琼斯第一财经中国 600 行业领先指数，样本的时间都为2001 年 1 月 5 日至 2011 年 10 月 10

日，收益率为各自价格取对数后的差分再乘以 100，各收益率的统计性质见表

从表中可以看出，在样本期内石油和中国股票市场行指数的收益均值大部分是正的，只有三个行业是负的。从标准差看，最小的是公用事业行业为 3.85，最大的是基础资源行业为 4.79

，这显示中国股票市场行业的波动比国际原油市场波动都要大。偏度上则显示既有左偏也有右偏。峰度上所有序列都大于 3，从 J-B 统计量及其 P 值可以看出所有序列都呈现高峰后尾特征，说明这些序列的收益率都不服从正态分布三、结论

以往研究采用传统的线性 Granger 因果检验，忽视了中国股票市场价格和国际石油价格之间潜在的非线性关系，得到中国股票市场对国际石油价格冲击缺乏显著反应的结论并不可靠。由于中国石油价格定价机制以及中国股票市场的一些行为特征，使得国际石油价格冲击对中国股票市场的影响机制更为复杂，其作用方式是非线性的。本文的研究表明国际石油价格对中国股票市场是具有显著影响的，我们应该重视国际石油价格风险对中国经济金融体系的影响，保障中国的能源安全。同时，与美国股票市场相比，国际石油价格对中国股票市场还缺乏线性影响，这说明，中国股票市场在信息效率等方面仍需进一步提升，应加快多层次资本市场的构建，提升中国股票市场的有效性。

通过确定变结构点，将样本分为样本 1 (2003.1.4-2006.12.29) 和样本2(2007.1.4-2011.4.8) 建立 VAR(2) 和 GARCH(1,1)—BEKK 模型进行估计，我们得到如下结论：相对于美国股市，中国股市是非有效市场。股票市场有效，则石油价格变化会影响股票收益率的变化。根据收益率的 VAR 模型，中国股市与石油市场之间不存在单向或双向均值溢出，即无法预测中国股市收益率和石油价格变化率的相互作用关系。而美国股市和石油市场的 VAR 模型研究表明，石油价格并未明显受美股影响，但石油价格波动上升会使美国股市收益率下降。因此，研究国际石油价格的变化将有助于预测美国股市收益率的变化。根据二元GARCH-BEKK 模型，中国股市和石油市场之间缺乏可观测到的波动