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全球气候变化是21世纪人类面临的最复杂挑战之一。国际社会为了应对气候变化问题，已经做出了大量的努力。2005年2月16日《京都议定书》正式生效是其中里程碑式的事件。《京都议定书》提出了国际碳市场这一经济有效手段来推动全球范围内的减排行动。2005年初，欧盟排放交易体系(theEuropeanUnionGreenhouseGasEmissionTradingSystem，EUETS)正式开始运行，二氧化碳排放权被当作一种商品，通过现货、期货与期权的形式进行交易。2008年，EUETS的交易额占全球碳市场份额的72.75％，占基于配额碳市场的98.99％。无论是增长速度，还是交易份额，EUETS都是世界上最重要的碳市场。
因此，本文以EUETS为主要研究对象，从复杂性科学的逻辑出发，采用计量经济学、统计学和金融学等领域的方法和模型，围绕碳市场展开了研究。论文的主要研究工作和结论如下：
(1)针对减排二氧化碳排放权市场的理论依据问题，通过对排放权相关理论的文献综述，比较了排放权市场不同的理论流派，探讨了碳市场全局成本有效的经济学原理，描述了碳市场的经济学模型。排放权绎济学理论模型是建立二氧化碳市场的基本依据。在排放权经济学理论模型中，每一家企业都将寻找成本最低的途径，减排成本较高的企业将会从减排成本较低的企业购买排放权。这种市场机制最终将导致所有企业面对相同的排放权价格。所有企业的边际成本将会相等，排放权价格将等于总排放量的影子价格，这样，碳市场将达到成本有效。
(2)针对不同收入国家的二氧化碳排放规律和受何种变量影响的问题，通过经济长理论和收敛性计量经济学模型，研究了1965-2004年128个国家的人均碳排放模式的变化特性与主要影响因素。研究发现，按照收入水平划分的5类不同国家群体，均呈现收敛的特征。这意味着碳排放较低国家的碳排放增长速度大于碳排放较高的国家，国家间的排放差异在缩小。对不同发达程度的国家，影响碳排放发展轨迹程度最大的变量有所不同。人口数量是影响高收入非OECD国家碳排放增长的主要因素，经济发展水平是影响中低收入国家、低收入国家碳排放增长速度变化的主要因素。对高收入OECD国家能源消费结构变化的分析表明，石油与煤炭消费是引致碳排放变化的重要原因，而天然气的影响不显著。
(3)针对EUETS价格波动规律问题，通过结构变化模型和事件研究法，系统研究了EUETS碳期货价格结构变化特征，分析了碳价格的波动区间，讨论了金融危机对事件对碳价格的影响。本文将Bai与Perron的结构变化模型引入碳市场的研究当中，探讨了存在多个结构变化点的情形。与Alberola等人的结论相比，我们发现2006年的碳核证泄漏事件相比并没有对所有的碳合约产生影响，这一事件仅使得DEC06和DEC07合约的价格走势发生了结构性变化，下降至了另一个价格区间。我们同时发现，2008年的金融危机对碳价格的影响十分巨大，并且这一影响至2009年底仍未消失。
(4)针对EUETS价格收益率的分布问颢，通过对金融学多种不同分布模型的分析，发现StableDistribution是最适宜的表征EUETS碳价格分布的模型，能够准确捕捉碳价格尖峰厚尾的金融学特征。目前对碳市场的研究当中，几乎均将碳价格的收益率默认为正态分布。研究发现，用正态分布来描述EUETS这一新兴市场将会造成有偏的结果。与常见的分布模型相比，StableDistribution与真实的价格走势最为接近，能够较为准确的捕捉碳市场尖峰厚尾特性。EUETS期货报酬分布的稳态特性说明，在EUETS期货市场上，信息以非线性的方式呈现，参与者也以非线性的方式对信息作出反应。
(5)针对EUETS的市场风险问题，将ExtremeValueTheor与ValueatRisk相结合，提出了有效描述EUETS市场风险的手段。目前，虽然有文献研究了碳价格的波动性特征，但是尚没有研究碳市场的金融风险特征的文献。本文将ValueatRisk引入了碳市场的风险管理当中，并且将ValueatRisk与ExtremeValueTheory相结合，重点研究碳价格暴涨暴跌时的风险。我们发现，与ExtremeValueTheory结合之后的风险值，比银行界常用的风险指标有着明显的改进。
(6)针对碳市场与能源市场的影响关系问题，引入ThresholdCointegration模型，从非线性非对称的角度研究了石油市场与碳市场的价格传导机制，拓展了目前对能源市场与碳市场相互关系的认识。现有的5篇研究石油市场与碳市场关系的文献中，均没有从非线性的角度来研究两者之间的相互关系。我们发现，两者之间的价格转移机制是随着时间的推移而不断变动的，并且油价相同价格波动幅度下的上涨与下跌，所造成的碳价变化也有很大的差别。因此，我们引入ThresholdCointegration理论，从非线性和非对称性角度研究了两者的价格传导机制问题。结果显示，这一思路能够很好的揭示两者之间的复杂关系。
(7)针对中国如何更好的参与国际碳市场，更好的应对气候变化，通过国际碳市场的运作经验，分析了国际碳市场实践对中国的启示，以及中国参与碳市场的挑战，分析了中国三氧化碳排放特点，归纳了发达国家应对气候变化科技创新的趋势，提出了中国应对气候变化科技创新的原则与内涵，提出中国应对气候变化必须关注的问题。
通过本文的研究，有利于进一步科学地认清碳市场的内在特征规律和外部影响因素，拓展人们对全局成本最优的碳市场的认识，更好的从经济有效角度应对气候变化。