应对极端水旱灾害的虚拟水期权契约设计研究

Focusing on replying to the negative impact on water resourceand food security problems caused by extreme floods and droughts, this paper proposes to analyze the implementation issues of the regional virtual water trade based on the theory coupling of "Virtual water" and "Financial engineering" Put forward the concept of virtual water option contract and enrich its theory system, based on the theory of food options and started from the concept of virtual water ,real option and so on; Research the strategy choice of the virtual water trading main body on both sides under the circumstances of extreme floods and droughts, Supported by the general analysis framework of evolutionary game theory, through by replicating the dynamic strategy and stable point analysis;Build up virtual water option pricing model under the circumstances of extreme floods and droughts, adopting the method of multi-index markov process and dynamic programming, giving full consideration to the singularity of the virtual water price, the high volatility and mean resilience,and give the calculating method using MATLAB programming at the same time; design virtual water option contract model in the case of extreme floods and droughts from four aspects of organizational structure, trading main body, trading contract and trading programs, and put forward specific policy recommendations from the aspects of finance, system, environment and technology; Finally, in Ningxia region, for example, carry out the empirical research on virtual water option contract pricing and trading pattern to cope with the extreme floods and droughts.

着眼于应对极端水旱灾害对水资源和粮食安全问题造成的不利影响，拟基于"虚拟水"和"金融工程"的理论耦合分析区域间虚拟水贸易的实施问题。从阐述虚拟水及实物期权等概念出发，以粮食期权理论为基础，提出虚拟水期权契约的概念并丰富其理论体系；以进化博弈理论的一般分析框架为支撑，通过复制动态策略与稳定点分析，研究虚拟水期权交易主体双方在极端水旱灾害情形下的策略选择；充分考虑虚拟水价格的奇异性、高变动性和均值回复性，采用多指标马尔科夫过程与动态规划的方法构建起极端水旱灾害情形下虚拟水期权的定价模型，并给出利用Matlab编程的求解方法；从组织结构、交易主体、交易合约以及交易程序等四个方面设计极端水旱灾害情形下虚拟水期权契约的交易模式，并从金融、制度、环境及技术等角度提出具体政策建议；最后，以宁夏地区为例，对应对极端水旱灾害的虚拟水期权契约定价及交易模式开展实证研究。

本研究致力于将虚拟水贸易理论和实物期权思想进行有机结合，基于金融工程的视角对虚拟水战略的实施问题进行分析，旨在探求全球气候变化加剧、极端干旱天气频发等背景下规避国家水安全和粮食安全风险的有效路径。首先，从虚拟水的概念和内涵出发，基于金融产品设计的角度对虚拟水期权的概念和内涵进行阐释，分析指出，虚拟水期权通过运用期权理论完善了突发旱情来临时水密集型粮食产品的跨区域分配机制，既能保护区域的粮食供给安全，还可以保障农户的基本利益，同时可以通过虚拟水和实体水之间的耦合进而实现我国水资源系统的平衡。其次，描述了虚拟水期权的交易主体、标的物和交易环境，重点以典型缺水地区的农作物生产为例，区分不同干旱情形和作物生长阶段，描述了虚拟水期权契约的交易模式和损益路径，阐释了虚拟水期权对于不确定性干旱灾害的对冲机理。再次，构建了适合虚拟水产品特征的CIR-Jump扩散—跳跃模型，以小麦为例对虚拟水期权的定价进行实证研究，采用马尔科夫链蒙特卡罗方法模拟出了其参数迭代方程，借助Matlab工具检验了参数方程的合理性，得出了小麦虚拟水期权的价格，论证了扩散—跳跃模型在虚拟水期权定价中的适用性。最后，从具体运作虚拟水期权的角度出发，详细分析了虚拟水期权执行过程中在水资源短缺、运作损益、政策环境等方面的风险控制，提出了相关实施计划和政策建议。综上，本研究创新性地建立了虚拟水期权契约的理论体系，描述了虚拟水期权的运作模式、损益路径和交易机理，构建了对虚拟水期权契约进行定价的CIR-Jump扩散—跳跃模型，并采用马尔科夫链蒙特卡罗方法进行了参数估计和计算机求解。经过研究团队持续三年多的研究，全面完成了本课题申请书中的计划研究任务，发表相关学术论文20多篇，出版专著2部，累计培养青年教师2名，培养硕士研究生1名，在虚拟水贸易和虚拟水期权理论方面取得了丰富的研究成果。在该项目支持下，项目负责人入选了中国科协青年人才托举工程。