供給與需求驅動型原油價格變動對股票市場的多時間尺度影響研究

黃書培，安海忠，高湘昀，聞少博

(1.中國地質大學(北京)經濟管理學院，北京 100083;2.國土資源部資源環境承載力評價重點實驗室，北京 100083)

1 引言

原油價格上漲對于實體經濟具有顯著的負向沖擊[1-2]，而原油價格變動對股票市場影響卻呈現紛繁復雜的研究結果[3]，尚未形成統一定論[3-4]。這與原油和股票市場的非線性及復雜性特征密不可分[5]。一方面，原油價格受到多重因素的影響，因而與不同影響因素相關的原油價格變動對股票市場的影響不同[7]；另一方面，與原油價格變動對股票市場的影響在不同的時間尺度下存在差異性相關[8-11]。因此，將原油價格變動的驅動因素及原油與股票市場的多時間尺度屬性納入到同一研究框架之下，對不同因素驅動的原油價格變動對股票市場在不同時間尺度下的影響進行探索，能夠為國際原油與股票市場間的互動研究提供更為細致和有效的觀察。

現有關于原油價格變動對股票市場影響的研究，一部分學者并未發現原油價格變動對股票存在顯著影響[13-14]，也有大量學者持相反觀點[15-22]。隨后，學者們就原油價格變動對股票市場影響存在差異化結果的原因進行了探索。首先，有研究表明一國的能源依賴情況(凈進口/凈出口)會影響原油價格變動對該國股票市場的影響[23-24]。其次，原油價格變動的影響因素也成為關注焦點。不同影響因素驅動的原油價格變動對股票市場的影響存在顯著差異[7,25-27]。第三方面，原油價格變動對股票市場的影響研究被拓展到多時間尺度之下[11]。然而，在當前的研究當中尚未對不同時間尺度下，不同影響因素驅動的原油價格變動對股票市場的影響進行探索。即不同影響因素驅動的原油價格變動對股票市場的影響的研究僅在單一時間尺度下展開；而不同時間尺度下原油價格變動對股票市場的影響研究中，原油價格波的影響因素并未得到充分考慮。因此，本文通過設計基于小波變化的多方法融合時-頻分析框架，將不同影響因素驅動的原油價格變動及原油與股票市場的多時間尺度特征同時納入到研究范圍內，為原油市場與股票市場間的關系研究提供更為綜合和新穎的研究視角。

基于小波變化的多方法研究框架近年來在經濟管理領迅速發展[27]，得益于以下優點。首先，小波變化對原始序列進行分解所得不同時間尺度下的分量，與石油及股票市場的多時間尺度特征相契合[29]。具體來說，原油及股票市場中存在不同的市場主體，例如政府、生產企業以及金融投資者。這些市場主體擁有不同的目的，政府更加關注長期的市場均衡與穩定；而生產企業受到生產、銷售等流程的限制，其行為特征具有幾周或者幾個月左右的生產周期或者資金周轉周期；金融投資者則旨在較短時間內獲得較大利潤，其投資周期短，當前甚至出現高頻交易。可見，基于小波變換實現的多時間尺度分解有利于市場中不同時間尺度下變動特征及市場間互動的深度挖掘。其次，經濟金融時間序列普遍具有非線性、非平穩的特征，一般的時間序列模型要求輸入的時間序列具有平穩型，往往通過時間序列的差分實現，這會造成大量信息的損失[29]。而小波分

解對于數據的統計特征較為寬松，可以直接將不平穩的時間序列分解為平穩或者較為平穩的時間序列分量，這種處理方式極大的保存了時間序列中蘊含的有效信息，減少了信息損失[11]。因此，本文通過離散小波、小波相干及計量經濟模型的結合，形成綜合研究框架，對供給驅動型和需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響進行多時間尺度分析，進一步豐富原油市場與股票市場間動態關系的實證研究。

2 多尺度融合研究框架構建與數據

2.1 研究框架

本文建立多方法融合的研究框架(如圖1所示)，在多時間尺度下探索供給和需求因素相關的原油價格變動對全球綜合股指的影響。首先，通過離散小波對原油價格變動及股指序列進行多時間尺度分解；其次，基于小波相干進行供給和需求因素相關的原油價格變動類型的識別；第三，通過向量自回歸模型就供給和需求因素驅動的原油價格變動對股票市場的影響特征進行分析。

圖1 供給與需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的多時間尺度影響研究框架

2.1.1 原油價格及股指序列的多時間尺度分解

將原油價格及股指序列通過離散小波中的哈爾多孔小波變換進行分解[31-32]。圖2展示了多孔哈爾小波進行小波分解的過程，其中S(n)是輸入的原始信號，在這里為原油價格或股指序列；H(Z)和G(Z)分別表示高通和低通濾波器。A1與A2分別表示原始序列在分解后尺度1和尺度2下的尺度系數，而D1與D2則分別表示分解后在尺度1和尺度2下的小波系數。以原油價格序列為例，其哈爾多孔小波變化可以通過下式表示：

(1)

式中，oilt(k)表示原油價格變動的原始序列，d1,d2,d3,…,dj表示原油價格變動序列的細節層，可以捕捉原始序列中在不同時間尺度下的變化細節，cj表示原油價格變動的趨勢層是時間序列變化趨勢的提取。

圖2 哈爾多孔小波變換過程示意

2.1.2供給與需求驅動型原油價格變動類型識別

供給與需求驅動型原油價格變動的識別，主要是基于供給和需求因素與原油價格變動的多時間尺度相關結果與原油價格多時間尺度分解序列的匹配而實現。

(1)小波相干

小波相干是結合連續小波與譜分析技術，用于一對時間序列間多時間尺度下動態相關關系分析的方法[33-35]。以供給因素和原油價格變動的小波相干變化為例，將其定義為如下形式：

(2)

(2)供給與需求驅動型原油價格變動類型識別

根據原油價格變動序列的哈爾多孔小波分解結果與小波相干時間尺度的對應關系(如表1)，與6個原油價格分解序列相匹配有6個小波相干序列。

表1 離散小波與小波相干時間尺度對應關系與時間周期劃分

(3)

(4)

2.1.3 原油價格變動對全球綜合股指影響分析模型

在每一時間尺度下，選取相應的分解后的綜合股指序列及供給驅動型(需求驅動型)油價序列，建立雙變量向量自回歸模型[38]用以探索供給(需求)驅動型原油價格變動對股票市場的影響，模型的函數形式表達如下：

yt=Φ1yt-1+…+Φpyt-p+εt,t=1,2,…,T

(5)

隨后，進一步通過脈沖相應函數對某一特定因素驅動的原油價格變動對股指序列的影響特征進行分。

2.2 數據選取

本文的原始數據共涉及四個變量，原油價格、全球綜合股指、原油供給與需求。原油價格選取Brent現貨價格代表。Brent現貨原油價格從美國能源信息署官方網站獲取。選取摩根斯坦利資本國際公司的明晟全球指數(MSCI)用來反應全球股票市場的變動情況。摩根斯坦利資本指數是投資銀行摩根斯坦利編制的覆蓋各種行業、國家或地區的股票指數，其中摩根斯坦利全球指數涵蓋了全球23個發達國家與23個發展中國家，是全球投資經理最廣泛采用的股票指數，可以較為客觀的反應全球股票市場的變動情況。

原油供給因素選取全球原油產量數據來代表。原油需求數據選取世界經濟發展與合作組織(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)國家的原油需求數據進行代表。選取OECD國家的原油需求數據來反應原油需求情況主要是基于以下兩個原因：首先，由于全球原油需求月度數據的可獲得性；其次，OECD國家包含來自歐洲、美洲以及大洋洲的35個市場經濟國家。至2015年，OECD國家的原油消費總量仍然占到全球消費總量的55%，其需求的反彈也對原油市場的價格也產生了重大影響[38]。原油供給與需求數據均是從美國能源信息署官方網站獲取。原始數據的樣本區間為1998年2月至2015年12月，均為月度數據。

3 實證分析

3.1 原油價格及股指序列多時間尺度分解

通過哈爾多孔小波變換對MSCI全球綜合股指及Brent原油價格的對數收益率序列進行多時間尺度分解，由于篇幅有限，本文僅展示全球綜合股指的原始序列及分解情況(圖3)。隨著時間尺度的增長，全球綜合股指的變動頻率和變動幅度均呈現減弱的趨勢。

圖3 MSCI全球綜合股指原始序列、對數收益率序列及分解序列

3.2 供給與需求驅動型原油價格變動類型識別

3.2.1 供給和需求因素與原油價格多時間尺度動態相關關系分析

在本小節中，通過小波相干對Brent原油變動序列與原油供給與需求序列進行多時間尺度下動態關系的分析，結果如圖4所示，其中橫軸表示時間信息，縱軸表示時間周期信息。顏色的深淺表示兩個變量之間相關程度的高低，顏色越深表示兩個變量間的相關程度越高，顏色越淺則說明相關程度越低。

圖4 原油供給和需求因素與原油價格變動的小波相干結果

從圖4中可以看出，深色的高度相關區域在Brent-原油供給和Brent-原油需求小波相干結果中在2～16個月的時間周期下面積較小，但密度相對較高；而在32～64個月的時間周期下，面積更大，即持續時間長，覆蓋時間尺度廣。

3.2.2 多時間尺度下供給與需求驅動型原油價格變動類型識別

圖(5-1)中為多時間尺度下供給驅動型原油價格變動識別結果。隨著時間尺度的增長，供給驅動型原油價格變動的震動幅度降低而變動持續時間增長。需求驅動型原油價格變動也表現出類似的特征(圖5-2)。

圖5 供給及需求驅動型原油價格變動多時間尺度識別結果

3.3 供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指多時間尺度影響分析

3.3.1 供給驅動型原油價格變動與全球綜合股指因果關系檢驗

對供給驅動原油價變動與全球綜合股指進行格蘭杰因果關系檢驗(表2)，在尺度1至尺度4下，全球綜合股指與供給驅動的原油價格的變動呈現雙向

的格蘭杰因果關系。因此，在尺度1至尺度4下原油市場和股票市場中任何一個發生變化時則可以被當作市場預警信息，從而警惕在另一個市場也會相繼發生變化。而在尺度5和尺度6下，僅供給驅動型原油價格變動是全球綜合股指變化的格蘭杰原因。即在長期下，原油價格變動對于全球股票市場具有預警作用。

表2 供給驅動型原油價格變動與全球綜合股指間的格蘭杰因果關系檢驗

注：a、b與c分別表示10%、5%與1%的水平上顯著; OilDe,OilSupp分別表示供給和需求驅動型原油價格變動

原油市場與股票市場都具備高度金融化的特征，這就使得任何與市場相關的信息能夠迅速在市場的價格中得到體現。因此，在短期內當原油市場因為受到供給影響而發生變動時，這一市場信息會迅速傳播開來，當金融市場中的參與者得知原油市場發生變動后，會根據自己的判斷進行交易行為的調整，大規模的交易量必然導致股票市場的變動。在中期內，原油供給驅動的原油價格變動對股票市場的影響則基于不同的影響機制。股票的價值是該公司未來收益率的貼現值，那么股票的價格受到貼現率和公司收益的影響。在中期內，當原油供給驅動的原油價格發生變動時，則原油相關行業的生產成本會發生變化，這會影響到公司的收益，進一步則影響到公司的股票價格。則體現為中期內全球股票市場的變化。同時，發生供給驅動型原油價格變動時，說明原油生產公司對生產進行了調整，并且這些原油生產公司的收入也會受到原油價格變動的影響，進而影響原油生產公司的股市表現。長期內，原油供給的變化更多的是受到政治因素的驅動，與市場因素的關聯性較低，因此長期內原油供給發生變化時并不一定會發生原油需求的調節而達到新的市場均衡。因此，若原油供給增加，首先會造成與在與中期內相同的情況，即生產成本的降低，這樣情況下只需要更少量的貨幣就可以滿足社會的生產需求，那么整體經濟將會處于通縮狀態，這勢必也將影響全球資本市場的表現，那么作為資本市場重要組成部分的股票市場也必然受到沖擊。

3.3.2 供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指的沖擊效應分析

通過格蘭杰因果檢驗確定了在供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指存在顯著影響的時間尺度。進而通過綜合股指對供給驅動型原油價格變動的脈沖響應函數的估計，判斷在不同的時間尺度下供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響特征(圖6)。

圖6 各時間尺度下供給驅動型原油價格波動對股票市場的脈沖沖擊的響應結果

(1)供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響方向

在尺度1至尺度5下，供給驅動型原油價格變動對股票市場的脈沖沖擊的方向具有變動性，因此在這些尺度下，很難根據供給驅動型原油價格的變動對股票市場的變動進行預期，這種情況下基本面的分析能夠發揮的作用較小，計算金融工具更能夠充分捕捉市場變動信息來幫助市場投資者進行關于原油市場與股票市場的資產配置策略設計。

在尺度6下，供給驅動型原油價格變動對綜合股指具有顯著的正向影響。這表明當供給驅動型原油價格增加1單位的脈沖時，將引起綜合股指的上升。這種情況說明當原油價格發生上漲時，會導致國際間財富發生由原油進口國向原油出口國的轉移，當原油出口國獲得大量財富時，很有可能將資本投入到國際金融市場中來獲得資本增值，而這種由于國際財富轉移引起的資本投資對全球的綜合股指起到了促進作用(Kilian，2009a)。

(2)供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響持續時間

在供給驅動型原油價格對全球綜合股指脈沖沖擊效應的分析中，觀察期選擇為60個月。隨著時間尺度的增長，供給驅動型原油價格對于原油價格的影響時間逐漸增長。

由于，供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響時間至少在20個月以上，這說明在股票市場中觀察到的變動，不會是由于某一時刻的原油價格變動而引起，應該是來自于不同時間點的原油價格變動的影響復合疊加的效果，而這些疊加影響在方向和強度上具有較大差異，可能在疊加過程中存在相互抵消或者增強的現象。這可能是股票市場變動呈現高度非線性和復雜性的原因之一。

(3)供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響強度

表3展示了供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指的絕對最大脈沖強度，不難發現隨著時間尺度的增長，供給型驅動原油價格變動對全球綜合股指的影響程度呈現倒“U”型的特征。在短期和中期下供給驅動型原油價格變動對股票市場的影響較在長期下要高出66%。這與在中期和短期內，原油價格的需求彈性較低，而長期下原油價格需求彈性提高有關。即在短期內，當原油價格發生變動時，在中短期生產單位無法立即調整自己的原油需求，而在長期通過能源效率提高、新能源發展以及原油庫存能力提升等途徑均可以降低供給型原油價格變動帶來的風險，從而降低了供給型原油價格變動產生的影響。

表3 不同時間尺度下供給驅動型與需求驅動型原油價格對全球綜合股指的絕對最大脈沖強度

3.4 需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指多時間尺度影響分析

3.4.1 需求驅動型原油價格變動與全球綜合股指因果關系檢驗

全球綜合股指與需求驅動的原油價格變動之間的格蘭杰因果關系檢驗結果如表4所示。在尺度3至尺度5下，全球綜合股指與需求驅動的原油價格變動之間呈現雙向格蘭杰因果關系，兩個變量中任何一個變量的變動均可以作為另一個市場的預警信息。在尺度2之下，僅僅是需求驅動型原油價格變動可以引起全球綜合股指的變化的單向格蘭杰因果關系，那么也僅存在單向的預警作用。短期內，需求驅動型原油價格的變動能夠引起股票市場的變動主要是通過市場預期實現，即通過金融市場中成熟的信息傳遞功能。在中期內，當原油市場受到需求沖擊時，原油供給并不能迅速進行調整以適應原油需求的變化，則會出現原油價格推高的現象，這勢必引起與原油直接相關生產企業與公司的成本推高，從而影響這些生產企業的收益率，造成中期內股票市場的變化。當原油價格上升時，則需要更多的貨幣來購入與原來價格未上漲時數量相同的原油，而短期和中期內貨幣的供給都不會輕易發生變化，這時則會出現借貸成本升高即利率升高的現象，而利率作為重要的貼現要素之一，它的升高將導致股市受到重大沖擊，這也是長期內需求驅動的原油價格變動對股市造成影響主要渠道。

表4 不同時間尺度下需求驅動型原油價格與全球綜合股指間的格蘭杰因果關系檢驗結果

注：a、b及c分別表示在1%、5%及10%的顯著性水平下顯著；OilDe, OilSupp分別表示供給和需求驅動型原油價格變動

3.4.2 需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的沖擊效應分析

根據需求驅動型原油價格與綜合股指間的格蘭杰因果關系檢驗結果，在尺度2至尺度5下，對需求驅動型原油價格變動與綜合股指間展開脈沖響應分析，從而識別需求驅動型原油價格變動對綜合股指的動態影響。具體將從影響方向、影響持續時間以及影響強度三個角度對影響特征進行分析，結果如圖7所示。

(1)需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響方向

在尺度2至尺度5下，需求驅動型原油價格變動增加1單位的脈沖給全球綜合股指帶來的影響方向在觀察期60個月內均具有變動性，呈現隨機影響的態勢。因此需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響較難把握，需要對原油市場和股票市場進行嚴密的監督，才能較好的觀測市場變動情況。

圖7 各時間尺度下需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的脈沖沖擊影響結果

此外，值得注意的是在4個時間尺度下，需求驅動型原油價格變動對綜合股指的影響在初始方向上均呈現正向影響。引起該現象的原因可能為以下兩個原因。第一，與供給驅動型原油價格對總和行業股指影響的初始方向為正的原因相同。即當國際原油價格發生上漲時，導致國際間財富由原油進口國向原油出口國轉移，原油出口國在獲得大量資本時會通過金融投資等手段來實現資本增值，而大量資本流入股票市場，會促進股票市場的增長。其次，需求驅動型原油價格上漲，一方面帶來原油生產公司或企業收益增加，從而促進這些公司股票表現的增加。同時，由于需求驅動型原油價格上漲可能來源于全球經濟形勢的蓬勃發展，由于經濟形勢良好而促成工業需求全面增加，其中也包含原油需求的增長，而這種情況下原油價格的上漲并不能抵消因全球經濟形勢增長而帶來的股市增長。

(2)需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響持續時間

需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指動態影響的持續時間，總體來說呈現隨著時間尺度增長，影響時間逐漸增長的趨勢。

由于在尺度2至尺度5之下，需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響持續時間都至少為35個月。這種情況下，與供給驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響持續時間在各時間尺度下至少為20個月的情況相似，股票市場中的變動不是單一由某一時刻下原油價格變動引起的，而是由來自于不同時刻的原油價格變動的影響疊加累計而來，進而增加了原油價格波動與股票市場間互動的高度復雜性。

(3)需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響強度

表3中顯示了需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指在不同時間尺度下的最大影響強度。短期和中期下，需求驅動型原油價格變動比在長期對股票市場的影響強度高出65%左右。與供給驅動型原油價格變動的變化情況類似。說明短期和中期之下，原油價格不論是供給驅動型還是需求驅動型，均會對全球股票市場造成較強的沖擊(主要是尺度2、尺度3和尺度4之下)，而長期下(尺度5和尺度6)股票市場對與原油價格的沖擊具有一定的吸收和內化作用，從而使得原油價格的影響減弱。以上特征也由于實體經濟在短期和中期之下對原油的需求彈性和供給彈性較為剛性，在原油價格發生大幅度變動時也無法及時調整，而受到較大影響，從而也直接體現在作為實體經濟“晴雨表”的股票市場中；而在長期下實體經濟中對與原油的供給和需求的彈性提高，從而降低了油價變動的影響，進而金融市場中也出現了長期下原油價格變動影響強度降低的現象。

4 結語

本文通過建立基于小波變換與向量自回歸模型的多時間尺度研究框架，將供給和需求驅動型原油價格變動對股票市場影響的研究從單一時間尺度拓展至多時間尺度。

首先，通過格蘭杰因果檢驗發現，供給驅動型和需求驅動型原油價格變動在短期、中期及長期下均能夠引起全球綜合股指的變化；而需求驅動型原油價格變動在超短期(尺度1)和超長期(尺度6)均不是股票市場的格蘭杰原因。原油供給和原油需求變動仍然是推動原油價格變動的重要原因，供給和需求驅動型原油價格變動均可被視為股票市場變動的預警信息，在進行股票市場運行監督和調控的過程中，原油價格變動可以被視為重要的先行信息加以重視。

其次，通過供給驅動型和需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響特征分析發現，在短期和中期下，供給驅動型和需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指的影響方向均具有隨機性，因此很難進行把握，需要通過密切的監測實現市場變動情況的掌握。而在長期下，供給驅動型原油價格的影響方向為正，這主要是供給驅動型原油價格的上漲導致國際間財富由原油進口國向原油出口轉移，而原油出口國通過投資金融市場進行資本升值而使得股票市場在收到供給驅動的原油價格變動時呈現出上升態勢。相比較而言，需求驅動型原油價格變動在尺度為5的長期下，對股票市場的影響方向仍具有隨機性。根據以上結果，在尺度1至尺度5之下，當供給或者需求驅動型原油價格發生波動時，很預期股票市場對原油價格沖擊的響應方向，這也增大了市場監控和預判的難度。對于政策制定者，在這種情況下可以轉向關注原油與股票市場的異常波動，著重提高市場非正常運行狀態的識別和監管經驗；而對于投資者，則需要更多的借助計算金融工具實現市場狀態分析并進行投資策略的設計。

第三，供給驅動型與需求驅動型原油價格變動，在對全球綜合股指的影響持續時間上均隨著時間尺度的增長而增長；而在影響強度方面，兩種類型的原油價格變動對全球綜合股指的影響在中期下的絕對最大強度遠高于短期和長期之下。這是由于短期內，原油市場與股票市場間的變動主要動過金融市場的信息傳遞功能實現，主要是基于市場預期，在原油價格發生變動時會根據市場預期調整市場交易行為，主要分為看漲和看跌，兩種力量相當的情況下，則對股票市場的沖擊較弱。而中期之下，原油價格的變動會直接影響生產企業的成本或者收益，中期下這些企業的原油需求或供給彈性較為剛性不能及時調整，因此會在原油價格變動是產生較大的變動，從而體現在股價的變化上；而在長期下，原油的需求和供給彈性均提高，這樣使得原油價格變動的沖擊被內化，從而降低了影響的強度。根據以上結果，政策制定者對于股票市場的監管和調控重點在不同的時間周期下應有所調整，在短期下，主要需要進行交易的合法合規監管，允許市場在正常范圍內進行震蕩；在中期下，則主要實體經濟的渠道來實現對經濟運行中金融市場的調控；而在長期下，則需要借助匯率、利率、貨幣政策實現調控。

通過對供給驅動型與需求驅動型原油價格變動對全球綜合股指動態影響的多時間尺度分析，對供給和需求驅動原油價格變動對股票市場的影響在不同時間尺度下的差異和相似點進行了分析，并在此基礎上提出了爭對性的政策和投資建議。