[논문 리뷰] Co-movement of energy commodities revisited: Evidence from wavelet coherence analysis

Lukáš Vácha, Jozef Baruník|RePEc: Research Papers in Economics|2012. 01. 23.

Market Dynamics and Volatility인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 원유, 가솔린, 난방유, 천연가스와 같은 에너지 상품 간의 시간에 따라 변화하는 상관관계를 다수의 투자 수익률 수평선에서 분석하기 위해 웨이블릿 공명도 방법을 제안한다. 비모수적 가정 없이 시간 도메인과 주파수 도메인 분석을 융합함으로써, 금융 위기 기간과 가격 하락 기간 동안 공동 이동성이 가장 강하다는 것이 드러났으며, 원유, 가솔린, 난방유는 주파수 전반에서 높은 의존성을 보였지만 천연가스는 거의 상관관계가 없었다.

ABSTRACT

In this paper, we contribute to the literature on energy market co-movement by studying its dynamics in the time-frequency domain. The novelty of our approach lies in the application of wavelet tools to commodity market data. A major part of economic time series analysis is done in the time or frequency domain separately. Wavelet analysis combines these two fundamental approaches allowing study of the time series in the time- frequency domain. Using this framework, we propose a new, model-free way of estimating time-varying cor- relations. In the empirical analysis, we connect our approach to the dynamic conditional correlation approach of Engle (2002) on the main components of the energy sector. Namely, we use crude oil, gasoline, heating oil, and natural gas on a nearest-future basis over a period of approximately 16 and 1/2 years beginning on November 1, 1993 and ending on July 21, 2010. Using wavelet coherence, we uncover interesting dynamics of correlations between energy commodities in the time-frequency space.

연구 동기 및 목표

• 기존의 시간 또는 주파수 전용 방법의 한계를 보완하기 위해 시간 도메인과 주파수 도메인에서 주요 에너지 상품의 동적 공동 이동성을 조사하는 것.
• 표준 경제계량 모델에서 흔히 사용되는 비모수적 가정을 피한 모델에 의존하지 않는 웨이블릿 공명도를 활용한 시간에 따라 변화하는 상관관계 추정 방법을 개발하는 것.
• 결과의 타당성과 해석 가능성을 높이기 위해 널리 사용되는 DCC-GARCH 모델과의 비교를 통해 주류 금융 경제계량학에서의 결과를 검증하고 맥락화하는 것.
• 단기, 중기, 장기 투자 수익률 수평선의 차이가 에너지 시장 간 상관관계의 강도와 변화 양상에 어떻게 영향을 미치는지 평가하는 것.
• 금융 위기 및 경제적 압박 상황 동안의 시장 상호의존성의 구조적 변화를 식별하고, 포트폴리오 리스크 관리에 미치는 영향을 분석하는 것.

제안 방법

• 지속적 웨이블릿 변환(CWT)을 사용해 에너지 상품 수익률을 시간-주파수 성분으로 분해하여 시간적 정보와 스펙트럼 정보를 모두 유지한다.
• 웨이블릿 공명도를 활용해 시간-주파수 평면상에서 상품 쌍 간의 국소적 상관관계를 추정하고, 강도와 위상 관계를 정량화한다.
• 위상 차이 분석을 통해 상품 쌍 간의 선도-지연 관계를 규명하고, 공동 이동성에서의 방향성 의존성을 파악한다.
• 파형 공명도 결과를 다변량 GARCH 모델에서 도출된 동적 조건부 상관관계(DCC) 추정치와 비교하여 결과의 타당성을 검증하고 해석력을 높인다.
• 1993년 11월 1일부터 2010년 7월 21일까지의 일일 수익률 데이터를 사용해 원유, 가솔린, 난방유, 천연가스의 16.5년 분량 데이터셋을 분석한다.
• 웨이블릿 공명도 통계 계산과 시간-주파수 의존성의 시각화를 위한 강력한 계산 기능을 제공하는 MATLAB 웨이블릿 공명도 패키지(Griinsted 제공)를 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주요 에너지 상품 간 상관관계는 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하며, 다양한 투자 수익률 수평선에서 어떻게 다르게 나타나는가?
• RQ2 에너지 상품 쌍 간의 선도-지연 관계의 성격은 무엇이며, 주파수에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 금융적 위기 또는 시장 하락 기간 동안 안정된 시장 단계에 비해 상품 간 공동 이동성이 유의미하게 높아지는가?
• RQ4 웨이블릿 공명도 접근법은 표준 DCC-GARCH 모델에 비해 시간에 따라 변화하는 상관관계를 얼마나 잘 포착하는가?
• RQ5 다양한 시간 척도와 시장 조건에서 천연가스 수익률은 원유, 가솔린, 난방유와 얼마나 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 원유, 가솔린, 난방유는 재무 위기 기간(2001–2002년 및 2008–2010년) 동안 여러 주파수에서 강력하고 시간에 따라 변화하는 공동 이동성을 보이며, 단기, 중기, 장기 수평선 전반에 걸쳐 지속된다.
• 가솔린-원유 쌍은 1997–2001년 기간 동안 수개월 수준의 투자 수익률 수평선에서 유의미한 의존성을 보이며, 단기 상관관계는 낮은 편이므로 주파수 특화 동역학이 존재함을 시사한다.
• 난방유-원유 쌍은 안정적인 성장 기간 동안에도 지속적인 장주기(64–128일)의 공명도를 보이며, 위기 기간 외에도 구조적 주파수 의존성이 존재함을 나타낸다.
• 천연가스는 어떤 투자 수익률 수평선이나 시간 구간에서도 다른 세 상품과 유의미한 공명도를 보이지 않아 에너지 시장 내 상대적 독립성을 나타낸다.
• 웨이블릿 공명도 분석 결과, 하락 기간 동안 시장의 복잡성이 감소함(엔트로피 감소)을 보이며, 이는 공동 이동성 증가와 수평선 전반의 강한 의존성과 관련이 있다.
• DCC-GARCH 모델 추정 결과 αDCC = 0.0444 및 βDCC = 0.9006를 도출하여 조건부 상관관계의 높은 지속성을 확인하였으며, 이는 재무 위기 기간 동안 지속적인 공동 이동성과 일치하는 웨이블릿 분석 결과를 뒷받침한다.