【摘要】近年來中國農(nóng)業(yè)保險得到了快速發(fā)展,農(nóng)作物保險費率厘定問題受到高度重視。論文主要探討了國內(nèi)外關于農(nóng)作物去與產(chǎn)量保險的相關研究成果。研究表明:(1)農(nóng)作物去與產(chǎn)量的趨勢處理和分布擬合環(huán)節(jié)是模型不確定性的兩個主要來源。方法的選擇有主觀性,對結(jié)果的影響較大,應尋找方法適用的客觀標準;(2)產(chǎn)量統(tǒng)計模型尚不能有效解決風險的空間關聯(lián)性。引入空間要素,形成產(chǎn) 量的綜合時空統(tǒng)計模型是經(jīng)典產(chǎn)量統(tǒng)計模型的重要發(fā)展方向,可有效解決農(nóng)作物保險精算中的相關空間問題。在上述問題中對傳統(tǒng)產(chǎn)量統(tǒng)計模型進行改進,從而形成可計算、高精度和更穩(wěn)健的產(chǎn)量統(tǒng)計模型,并在農(nóng)作物保險定價中開展實踐,將有助于中國農(nóng)業(yè)保險向著科學化、專業(yè)化和精細化的方向發(fā)展。
【關鍵詞】區(qū)域產(chǎn)量保險 費率厘定 產(chǎn)量統(tǒng)計模型
一、引言
黨中央、國務院對“三農(nóng)”問題一直給予高度關注,并十分重視通過金融保險手段服務農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。十八屆三中全會決議明確提出要“完善農(nóng)業(yè)保險制度”。以2007年中央財政啟動農(nóng)業(yè)保險保費補貼試點為起點,中國農(nóng)業(yè)保險進入快速發(fā)展時期。2012年,國務院頒布《農(nóng)業(yè)保險條例》,確立了農(nóng)業(yè)保險“政府引導、市場運作、自主自愿、協(xié)同推進”的基本原則,并對農(nóng)業(yè)保險經(jīng)營規(guī)則、合同要素、支持政策等予以規(guī)定。隨著我國農(nóng)業(yè)保險覆蓋面的快速擴大,功能作用不斷發(fā)揮,農(nóng)業(yè)保險已逐步成為加強現(xiàn)代農(nóng)業(yè)風險管理的基本手段和農(nóng)業(yè)災害救助體系的有機組成部分,成為轉(zhuǎn)變政府職能、深化農(nóng)村改革、完善農(nóng)村社會治理和保障改善民生的有效手段。中國農(nóng)業(yè)保險保費規(guī)模已超過日本,成為全球第一大農(nóng)業(yè)保險市場。我國農(nóng)業(yè)保險發(fā)展取得的成效得到國際上高度關注,被譽為“世界農(nóng)業(yè)保險典型模式之一”。
中國當前的農(nóng)作物保險區(qū)域產(chǎn)量保險的費率厘定還不完善,定價過程中存在數(shù)據(jù)、技術能諸多制約因素。無論是保險公司、國際再保險人,還是政府部分,對于不同地區(qū)和種植業(yè)保險的真實費率仍然缺乏準確的衡量。這一問題已經(jīng)成為影響中國農(nóng)業(yè)保險可持續(xù)發(fā)展的重要因素。
二、國外研究成果
費率厘定大體可以分為經(jīng)驗費率法、參數(shù)法、非參數(shù)法三大類。
使用參數(shù)法進行產(chǎn)量保險的費率厘定一般依賴于對于農(nóng)作物產(chǎn)量的概率分布函數(shù)。關于農(nóng)作物區(qū)域產(chǎn)量分布的設定,學界已經(jīng)研究了多年。傳統(tǒng)的方法是使用參數(shù)法。最早的觀點是農(nóng)作物的區(qū)域產(chǎn)量服從正態(tài)分布(例如Botts和Boles,1958)[3]。許多后來的研究也支持這種分布(見Just和Weninger,1999)[4]。但大多數(shù)研究結(jié)果表明農(nóng)作物的區(qū)域產(chǎn)量可能更適合非正態(tài)分布。因此,多數(shù)人開始使用非正態(tài)分布估計農(nóng)作物的區(qū)域產(chǎn)量。比較常用的分布包括β分布(例如,Nelson和Preckel,1989;Tirupattur,Hauser and Chaherli,1996;Babcock,Hart和Hayes,2004;和Coble等,1997)[2,5-7],γ分布(Gallagher,1987)[8,9],Weibull分布(Sherrick等人,2004)[9],Burr分布(Chen和Miranda,2004)[10],對數(shù)正態(tài)分布(Goodwin,Roberts和Coble,2000)[11]和反雙曲正弦(Ramirez,1997)[12]。
在作物產(chǎn)量分析中使用的常用參數(shù)方法包括正態(tài)分布,和γ分布。Botts和Boles(1958)最早提出了農(nóng)作物區(qū)域產(chǎn)量的正態(tài)分布描述[3]。但是,許多以往的研究表明作物產(chǎn)量分布往往不服從正態(tài)分布。
文獻支持比較多的非正態(tài)分布之一是β分布(Day,1965; Nelson和Preckel,1989;Tirupattur,Hauser和Chaherli,1996; Babcock,Hart和Hayes,2004;Coble等,1996)[2,7,13],因為它的參數(shù)比較靈活,允許范圍廣泛偏度和峰度,并且具有前三者的響應的靈活表示時刻對輸入的變化。Day(1965)在他建模時應用了Beta分布擬合密西西比三角洲地區(qū)的農(nóng)作物產(chǎn)量,他的結(jié)果發(fā)現(xiàn)效果顯著只有棉花的偏度,玉米沒有顯著偏度,燕麥具有零或者負的偏度。偏度的程度隨著施肥的增加而增加。他認為,產(chǎn)量的正偏度可以由惡劣的天氣條件來解釋導致產(chǎn)量急劇下降[13]。另一方面,Nelson和Preckel(1989)使用條件β分布和發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量分布在不同化肥施用量下呈現(xiàn)負偏態(tài)[5]。他們在愛荷華州五個縣使用農(nóng)場水平的玉米產(chǎn)量使用兩階段最大似然估計估計分布的參數(shù)。他們的研究結(jié)果表明,肥料對前三個中的每一個有顯著的影響玉米產(chǎn)量分布的時刻。這意味著分布的形狀對時刻對輸入變化的響應施加一些結(jié)構(gòu)。他們的方法的缺點是標準誤差或力矩彈性難以因為彈性是估計參數(shù)的非線性函數(shù)。作物產(chǎn)量的非正態(tài)分布的另一個常見選擇是γ分布。像β分布一樣,γ分布也可以反應產(chǎn)量變化偏度和峰度,但需要相對較少的參數(shù)(Gallagher,1987;Pope和Ziemer,1984)[8,14]。Gallagher(1987)估計大豆產(chǎn)量使用γ分布和發(fā)現(xiàn)負偏態(tài)大豆產(chǎn)量的證據(jù)分配。他說,導致負偏態(tài)的因素之一分布是天氣投入的正和負邊際收益下降。[8]從而這項研究證實了Day(1965)的結(jié)果是負偏態(tài)的溫度分布可能產(chǎn)生正偏差的產(chǎn)量。
隨著非正態(tài)方法對產(chǎn)量分布的日益普及,20世紀90年代中期,Just和Weninger(1999)最近的一篇文章試圖重新支持正態(tài)分布[4]。他們質(zhì)疑過去進行的常見產(chǎn)量分析,特別是關于使用總產(chǎn)量數(shù)據(jù),不靈活的趨勢建模和解釋正態(tài)性測試結(jié)果。他們認為方法論和數(shù)據(jù)限制可能導致拒絕正態(tài)分布而有利于其他參數(shù)表示。為了回應這項研究,Atwood,Shaik和Watts(2000)使用了更多不同的作物- 區(qū)域組合,試圖反駁Just和Weninger's(1999)其重新使用正態(tài)分布的論據(jù)。他們調(diào)查了美國七個州的超過20萬生產(chǎn)者,并確認作物產(chǎn)量并不服從正態(tài)分布[15]。其他比較常用的產(chǎn)量分布方法包括 Weibull分布,對數(shù)正態(tài)分布等。Sherrick等(2004)認為Weibull分布、對數(shù)正態(tài)分布和邏輯分布可以作為正態(tài)分布的替代分布。他們使用美國26個農(nóng)場的玉米和大豆的產(chǎn)量數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)Weibull呈現(xiàn)了負偏態(tài)分布,而對數(shù)正態(tài)分布呈現(xiàn)正偏態(tài)分布。
關于模型的選擇,通常認為具有最小信息準則的模型為“最優(yōu)”模型(Vuong,1989)[16]。流行的模型選擇標準是赤池信息準則(AIC),樣本均方根誤差(RMSE),卡方統(tǒng)計量,Kolmogorov-Smirnov(KS)統(tǒng)計量和Anderson-Darling(AD)統(tǒng)計量。Norwood,Lusk和Roberts(2002)進行了模擬研究,把樣本對數(shù)-似然函數(shù)(OSLLF)標準同上述其他流行標準進行了比較。他們的結(jié)果表明,OSLLF標準相比其他方法更好地擬合了真實分布[17]?;诖搜芯?,Norwood、Lusk和Rorberts(2003)應用OSLLF對以下產(chǎn)量分布進行比較:γ分布,β分布,Moss and Shonkwiler隨機趨勢模型(STOCHIHS),Ramirez的多元反雙曲線正弦分布(MULTIHS),Goodwin和Ker的半?yún)?shù)(SEMIPAR)模型,以及正態(tài)分布。他們發(fā)現(xiàn)正態(tài)分布是優(yōu)于其他的非正態(tài)分布和半?yún)?shù)模型。
但是由于OSLLF方法的復雜性,一般選用其他方法,比如Anderson-Darling檢驗(簡稱AD檢驗)。Sherrick等(2004)、Chen和Miranda(2004)使用AD檢驗來確定適當?shù)暮蜻x分布表示產(chǎn)量數(shù)據(jù)[9,10]。Sherrick等(2004)定義了AD統(tǒng)計量經(jīng)驗累積分布中每個樣本點之間的距離函數(shù)(CDF)和在該點的擬合概率,并在尾部給予更大的權重。他們比較了五種參數(shù)分布,即正態(tài)分布(Normal),邏輯分布(Logistic),Weibull分布,β分布和對數(shù)正態(tài)分布(Log-Normal),并將其應用于1972年至1999年伊利諾州玉米和大豆農(nóng)場水平的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。他們的研究結(jié)果表明,對于玉米產(chǎn)量,β和Weibull分布擬合效果都很好,而這沒有明顯差距。擬合效果稍遜一籌的是邏輯分布,其次是正態(tài)分布,最次是對數(shù)正態(tài)分布。對于大豆數(shù)據(jù),結(jié)果有輕微的不同。AD檢驗最好的是邏輯分布,然后是正態(tài)分布,對數(shù)正態(tài)分布表現(xiàn)最差??傮w而言,基于AD測試,對數(shù)正態(tài)分布和正態(tài)分布與Weibull分布、β分布相比表現(xiàn)不好。除了AD檢驗,Miranda和Chen(2004)也使用卡方檢驗評估Weibull,beta和正態(tài)分布擬合頻繁極端事件下(例如作物絕收)作物產(chǎn)量密度函數(shù)[10]。他們利用1956~1997年美國國家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計系統(tǒng)(NASS)縣級產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行研究,結(jié)果表明與正態(tài)分布和β分布相比,Weibull分布對數(shù)據(jù)的擬合效果最好。由于卡方檢驗對小樣本不太適用,Turvey和Zhao(1999)采用KS檢驗比較三個參數(shù)分布(正態(tài),伽瑪和貝塔)[18]。KS統(tǒng)計量在小(有限)樣本比較精確(Bradley,1968)[19]。研究模擬了模型用五種作物,證實β分布擬合最佳。
由于參數(shù)分布在任何可能的情況下都不是完全靈活的分布形態(tài),許多其他研究建議使用非參數(shù)產(chǎn)量模型進行估計(例如,Ker和Goodwin,2000;Ker和Coble,1998;Goodwin和Ker,1998; Featherstone 和Kastens,2000)[20-22]。而非參數(shù)分布具有其自身的靈活性和局限性,在數(shù)據(jù)量較小時通常不太使用。一般來說,非參數(shù)的估計分布需要大的樣本來實現(xiàn)穩(wěn)定性(Ker和Goodwin,2000)[20]。Wu和Zhang(2012)提出了一種針對面板數(shù)據(jù)的非參數(shù)估計法,對于愛荷華州99個縣的玉米產(chǎn)量進行了估計,認為使用面板數(shù)據(jù)可以提高作物產(chǎn)量分布估計的效率[23]。Zong(2015)提出了兩種新的非參數(shù)密度估計方法COMB1和COMB2,在通過最小平方和方法確定帶寬的情況下,這兩種能夠減少偏度和方差[24]。
Dmitry Vedenov(2008)提出了一種基于Copula的聯(lián)合產(chǎn)量建模方法分布。Copula函數(shù)已經(jīng)廣泛應用于金融領域,但還沒有廣泛應用于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟特別是風險管理領域。他認為Copula方法的缺點是Copula選擇的任意性However,this shortcoming can be mitigated by using nonparametric(eg kernel) copulas.,但是這個缺點可以通過使用非參數(shù)(例如核函數(shù))估計聯(lián)合函數(shù)來減輕minimizing the subjectivity introduced by the researcher.[25]。
三、國內(nèi)研究
(一)關于農(nóng)作物產(chǎn)量預測的研究
許多農(nóng)作物區(qū)域產(chǎn)量保險費率厘定方法都依賴糧食區(qū)域產(chǎn)量的預測,所以預測的準確與否直接影響了費率厘定的結(jié)果。目前主流的產(chǎn)量預測方法可以分為統(tǒng)計學方法和機器學習方法兩大類。
機器學習是計算機領域的熱門研究方向,許多學者已經(jīng)將其用于糧食產(chǎn)量預測。程偉等(2009)使用支持向量機對我國糧食的總產(chǎn)量進行了預測[26]。肖培靈等(2010)結(jié)合了灰色系統(tǒng)與支持向量機對濰坊市花生產(chǎn)量進行預測,結(jié)論是灰色系統(tǒng)支持向量機比單純支持向量機結(jié)果更優(yōu)[27]。蘇博等(2006)分別使用了逐步回歸、BP神經(jīng)網(wǎng)絡、GM(1,N)灰色系統(tǒng)三種方法預測了我國的糧食產(chǎn)量,結(jié)果顯示BP神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)于其他兩種方法,體現(xiàn)出了機器學習的優(yōu)越性[28]。許多其他研究也表明神經(jīng)網(wǎng)絡方法在糧食產(chǎn)量預測的絕對誤差和相對誤差兩方面都較其他方法優(yōu)越,即使在5年期的預測也有較小的誤差[29-31]。牛之閑等(2012)對于神經(jīng)網(wǎng)絡算法做了進一步拓展,用自適應免疫遺傳算法(AIGA)來優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的權值和閾值,取得了更加精確地結(jié)果[32]。
統(tǒng)計學方法以時間以灰色系統(tǒng)和序列分析為主,如ARIMA模型[33-36]、以時間為自變量的多項式回歸[37-42]、灰色系統(tǒng)[43,44]。在使用ARIMA、多項式回歸時,各位研究者都發(fā)現(xiàn)糧食存在1-3階的滯后效應;同時,使用這兩種方法可以完成去趨勢處理[35,37,38,40,41]。同時,這兩種關于灰色系統(tǒng)理論,在上文已經(jīng)提到預測效果不如神經(jīng)網(wǎng)絡方法,不再贅述。
(二)關于去趨勢處理的研究
在某些費率厘定方法中,需要分離作物的趨勢產(chǎn)量和波動產(chǎn)量。除了上文提到的ARIMA、多項式回歸[37-41]。比較主流的方法是HP濾波法[45-47]和BP濾波法。王桂芝等(2014)分別使用用HP濾波法、5a滑動平均法以及Logistic函數(shù)擬合法對1961~2011年全國糧食區(qū)域產(chǎn)量進行分離,結(jié)果發(fā)現(xiàn)HP濾波效果良好,而Logistic 函數(shù)擬合法分離趨勢產(chǎn)量時會在一定程度上夸大社會技術因素對糧食增產(chǎn)的作用,從而導致氣候?qū)Z食增產(chǎn)都是反作用,這與實際情況并不吻合[46]。袁世偉(2016)使用Band Pass(BP)對于貴州省煙草進行了濾波,認為BP濾波較HP濾波更平滑[48]。
(三)關于費率厘定的研究
經(jīng)驗費率法以農(nóng)作物歷年損失率的平均數(shù)作為費率,計算比較簡單,不需要復雜的數(shù)學工具,一般使用趨勢產(chǎn)量減去波動產(chǎn)量作為產(chǎn)量的損失[40,49-52]。梁來存(2010)對我國31個省使用聚類分析法進行了風險區(qū)劃,得到了3個風險等級,分別給予1.0、1.4、1.8的風險系數(shù),然后使用經(jīng)驗費率法對于每個省的產(chǎn)量費率進行厘定,最后結(jié)合風險系數(shù)得到最終的保險費率[40]。
參數(shù)法一般假定作物的區(qū)域產(chǎn)量服從某種分布函數(shù),然后對于該分布函數(shù)的參數(shù)進行估計,從而估計出期望損失率進而求得純保費率[51-59]。邢鸝(2004)假定作物的區(qū)域產(chǎn)量服從正態(tài)分布,然后厘定了多種農(nóng)作物的保險費率[52]。林攀(2011)首先把四川樂山地區(qū)按照油菜生長的風險劃分為高風險、中風險、低風險三個區(qū)域,然后對三個風險區(qū)域的油菜損失分別估計了Jonhson SB分布的參數(shù),從而厘定了三種風險區(qū)域的油菜區(qū)域產(chǎn)量保險費率。作者還認為,如果不進行風險區(qū)劃而采用統(tǒng)一的費率,勢必會造成逆向選擇問題[60]。
由于許多農(nóng)作物的分布函數(shù)不宜獲得,許多學者使用非參數(shù)法進行農(nóng)作物產(chǎn)量保險的費率厘定,其中主要的方法為核函數(shù)法[37, 38,41,42,48,53,61-67]。
王麗紅等(2007),采用正態(tài)分布法、核函數(shù)法,對河北省安國市的玉米區(qū)域產(chǎn)量保險費率進行厘定,得到了在80%和70%保障水平下的純保費率,與其他方法相比,結(jié)果偏差不大,但方法相對簡單,可以作為區(qū)域純保費率厘定的參照[37]。
谷政等(2008),使用Mallat算法對江蘇省淮安、無錫和蘇州市的水稻進行小波分解,并利用核函數(shù)法得到了80%和70%保障水平下的純保費率[62]。
王克(2008)對新疆三市的棉花產(chǎn)量的分布情況進行了擬合,發(fā)現(xiàn)Logistic分布擬合效果最好,以往的正態(tài)分布可能誤差較大。同時分別用參數(shù)法和非參數(shù)法對純保費率進行厘定,但是難以對不同方法的厘定結(jié)果進行比較[67]。
于洋(2013)同時使用非參數(shù)法與正態(tài)分布估計法對遼寧省,黑龍江省以及大連市的水稻、大豆、玉米的純保費率進行了厘定,發(fā)現(xiàn)正態(tài)分布法的費率比非參數(shù)法略低,但差距基本在1%以內(nèi),認為正態(tài)分布法很可能遺漏了極端情況使得對風險的估計偏小。同時,作者認為如果能在市、縣等小區(qū)域進行差別化費率厘定可能是一個更好的選擇[68]。
吳垠豪(2014)運用阿克蘇市62年棉花區(qū)域產(chǎn)量數(shù)據(jù)作為一個“大樣本”樣本,進行非參數(shù)法厘定保險費率;再隨機抽取14年的數(shù)據(jù)作為“小樣本”樣本,分別使用參數(shù)法、非參數(shù)法進行保險費率厘定,并將結(jié)果與大樣本結(jié)果進行比較。研究發(fā)現(xiàn),使用Dagum(4p)、Jonson SU或Laplacen形式的區(qū)域產(chǎn)量分布損失函數(shù)得到的費率與大樣本的費率比較接近,采用非參數(shù)法的小降本純保費率與大樣本純保費率相差較大,所以小樣本情況下宜采用參數(shù)法進行保險費率的厘定[65]。
另外也有學者提出了一些創(chuàng)新方法,例如于洋(2009)借鑒李文芳(2009)利用湖北荊州市1991~2007年縣級水稻區(qū)域產(chǎn)量數(shù)據(jù),通過建立分層貝葉斯模型,并運用Win BUGS軟件進行Gibbs抽樣,得出荊州各縣市歷年水稻區(qū)域產(chǎn)量擬合數(shù)據(jù)、2008年預測值及其20000個馬爾可夫蒙特卡羅(MCMC)模擬值,然后據(jù)此厘定各縣市水稻區(qū)域產(chǎn)量保險費率。結(jié)果表明,歷年區(qū)域產(chǎn)量絕大部分擬合值標準差都比較小,且與真實值十分接近,說明模型有良好的預測能力,費率厘定結(jié)果有參考價值[69]。劉銳金(2009)認為農(nóng)作物產(chǎn)量風險具有時空相關性,利用貝葉斯分析方法構(gòu)建了時空模型,并利用馬爾可夫鏈蒙特卡洛方法對模型的相關參數(shù)進行了估計。然后作者利用了正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布等分布形式對湖北省82縣水稻區(qū)域產(chǎn)量費率進行了厘定。作者認為某個縣市的水稻區(qū)域產(chǎn)量與相鄰縣市的產(chǎn)量有顯著的相關性,通過時空模型,可以將水稻區(qū)域產(chǎn)量的時間效應、空間效應等考慮在內(nèi),對于水稻區(qū)域產(chǎn)量有良好的預測效果,可以提高費率厘定的準確性[70]。于洋(2010)結(jié)合壽險定價方法,使用生存函數(shù)法估計了盤錦市水稻發(fā)生巨災的年份間隔與概率,利用巨災發(fā)生的概率÷間隔年份得到水稻的保險費率[35,36]。
四、簡要評述
通過文獻研究可以看出,國外學者的研究比較領先,許多新的分布函數(shù)、新的估計方法都是由國外學者首先提出。國外的研究偏重于對于農(nóng)作物區(qū)域產(chǎn)量的分布,以及分布函數(shù)變形、替代、相關參數(shù)的估計,研究的方法偏向于數(shù)學分析。而國內(nèi)更多的是應用性研究,主要研究不同的厘定方法在我國的實踐。
從研究趨勢來看,越來越多的跨學科方法被應用到保險費率厘定中,例如基于神經(jīng)網(wǎng)絡的機器學習方法,就顯現(xiàn)出了比較大的優(yōu)勢。但是這也產(chǎn)生了一些問題。在經(jīng)濟學的研究中,強調(diào)模型的建立以及變量之間的因果關系;而機器學習法就像一個“黑箱”,人們并不知道模型的具體形式,只是由計算機進行數(shù)據(jù)挖掘,研究者只關心數(shù)據(jù)的輸入和輸出,或者說模型的預測能力,對于模型本身并不關心。由于區(qū)域產(chǎn)量保險步驟比較多,需要聯(lián)合應用多種技術,不同技術的兼容性也是一大問題。例如移動平滑法、HP濾波法和對于以時間為自變量的多項式回歸就不容易結(jié)合在一起,因為這種趨勢處理很容易產(chǎn)生自相關性,許多研究都回避了這個問題,沒有深入探討。如何結(jié)合不同方法,也是本文的一個主要方向。
參考文獻
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作者簡介:李政(1990-),男,漢族,山東泰安人,山東農(nóng)業(yè)大學碩士研究生在讀,研究方向:保險理論與政策。