云南核桃干旱气象指数保险产品设计*

秦 涛，朱彩霞

云南核桃干旱气象指数保险产品设计*

秦 涛，朱彩霞**

（北京林业大学经济管理学院，北京 100083）

为有效减少传统森林保险市场的逆向选择以及道德风险，降低理赔成本，提高理赔效率，本研究基于云南核桃产业发展的情况设计干旱气象指数保险，依据年降水量距平百分率测算干旱指数，采用HP滤波法计算核桃减产率，构建回归模型确定干旱指数与减产率之间的相关关系，科学厘定纯费率以及风险区划。结果表明：云南不同州（市）核桃干旱指数保险的纯费率在1.26%～34.39%，聚类分析发现，各州（市）风险损失概率差异显著，曲靖、普洱等区域处于轻度生态脆弱区，干旱灾害较少，而昭通、红河等区域处于强度生态脆弱地区，干旱灾害较多。可依据纯费率的风险区划聚类分析，不同州（市）设置不同的保费补贴比例，从而健全保费补贴政策制度。根据云南核桃种植分布以及区域干旱情况，滇北地区纯费率较高的昭通市彝良县，滇西地区生态脆弱的保山市昌宁县，滇东地区“中国核桃之乡”楚雄州大姚县以及大理州漾濞县可先行试点，根据实际情况反馈，对保险产品进行优化。

干旱气象指数；核桃减产率；费率厘定；保险产品设计；聚类分析

传统农林保险定损难、勘查难，具有道德风险、逆向选择、管理成本高以及赔付滞后等缺陷，出现供需双冷的局面，气象指数保险可以有效解决以上问题，亟需创新指数类保险产品，健全农林业风险转移体系。气象指数类保险基于气象观测实况资料，客观评价气象灾害的发生概率，预估灾害损失，具有理赔便捷、成本低以及保险标的明确等优点，对于规避农林业发展风险具有重要作用[1]。20世纪70年代后期，农业气象指数保险在美国先行试用，随后中国、加拿大、印度、墨西哥、秘鲁等国家都陆续研发了不同的气象指数保险产品投入市场[2]，研究对象主要为干旱指数保险[3]、光照指数保险[4]、温度指数保险[5]、降水量指数保险[6]、风力指数保险[7]、茶叶霜冻气象指数保险[8]、玉米旱灾气象指数保险[9−10]、草原牧区天气指数保险、油茶低温气象指数保险等，相关产品主要集中在农业领域，林业领域鲜有涉及。

核桃是云南第一经济林，种植面积与产量均居全国第一，发生严重干旱时易造成大幅减产[11]，核桃产业发展存在较大的风险隐患[12]，研发核桃干旱指数保险产品是转移核桃灾害风险的有效路径。核桃干旱指数保险可以有效减少保险市场的道德风险、逆向选择和管理成本等，提高农户投保以及保险公司承保的积极性，为转移核桃干旱灾害风险提供有效途径，推进气象指数类保险在云南的深入实施[13]，也开拓了气象服务在促进经济社会高质量发展的蓝海领域。农作物与林产品生长周期的不同，决定了林业与农业的费率厘定方法、灾害触发值以及保险产品的设计流程存在较大差异。设计核桃干旱气象指数保险时，构建气象指数和作物灾害损失定量关系的模型是难点和核心，需识别核桃生长过程中具有重要作用的干旱气象影响因子，以及精准分离气象产量。本研究以盛产期以及生长结果期的核桃作为投保对象，参考牧区天气指数保险[14]提出干旱气象指数保险设计原理与基本框架，依据云南不同州（市）近10a降水量气象数据计算核桃干旱指数，利用HP滤波法计算核桃减产率，构建线性回归模型模拟核桃减产率与干旱指数的关系，厘定云南不同州（市）的保险纯费率，为费率厘定、设计产品赔偿方案提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 资料及其来源

研究的区域范围为云南省，包括129个县（市），介于21°8′−29°15′N，97°31′−106°11′E，行政区划面积为3941万hm2，设有88个气象站点。区域干湿季分明，据2019年云南省气候公报，全省2019年平均降水量较常年偏少18.2%，总降水量为888.4mm，雨季降水量625.1mm，各地年降水量为374.9mm（元江）～2358.8mm（金平），2019年5月发生的气象干旱面积占云南省国土面积的94%，其中重旱及以上级别占66%。根据2018年中国林业年鉴，云南核桃种植面积达到286.67万hm2，年产量119万t，种植面积与产量均居全国第一，核桃产业产值达到281亿元。云南省有8个县（市）具有“中国核桃之乡”的称号，大理州漾濞县大泡核桃最为有名[15]。

气象数据和核桃产量数据来源于国家林业局编制的《中国林业统计年鉴》；云南省统计局编制的《云南统计年鉴》；云南省人民政府编制的《云南年鉴》；云南省林业与草原局官网(http://lcj.yn.gov.cn/)《云南省国民经济与社会发展政府报告》以及统计年鉴分享平台，数据年限为2007−2017年。同时参考2019年云南省气候公报相关数据。

1.2 干旱气象指数保险产品的设计原理与基本框架

1.2.1 设计思路

指数保险设计需要遵循保险的“损失补偿”与“期望值相等”的原则，即投保人发生损失要依法赔付，保费等于赔付的期望值，实现保险的公平合理，有效控制基差风险是关键，需要确定灾害损失与致灾因子之间的定量关系[16]。设计流程为：（1）准确分析致灾−成害机制，明确致灾原因，为保险指数的构建提供基础；（2）区域匀质性判定，通过对各个区域的指标数据进行比较，分析保险标的个体差异显著性，若匀质性较高，则进行下一步设计产品；（3）选取指数指标参数，根据指数选取的原则，采用单一指标或者组合指标，在备选方案中权衡优劣，建立最优定量关系；（4）厘定保费与赔付值，不同地区干旱致灾成害程度不同导致费率不同[17]，不同的灾害损失导致的赔付值各不相同。保险补偿的思路是给农户提供预测的干旱数据与致灾成害模型，提高农户风险预测能力，协助农户科学备灾[18]；设计推广简便的保险产品，当发生灾害时，根据合同进行相应的赔偿。在此理念和思路的指导下，核桃干旱指数保险责任定义为：保障因降水量不足所造成的核桃减产量的生产成本的损失。因此利用期望值相等的特点，在触发旱灾赔付值时，要保证得到当年核桃减产量相对应的生产成本，保险产品投入市场运用时，要根据产品的实际试用情况再进行调整。

1.2.2 基本框架

干旱致灾机制为当降水量不足，核桃树根部吸水不足以及叶片蒸发过大，水分缺失导致核桃树受损，干旱胁迫对核桃果实大小的影响极其显著，甚至会出现无仁核桃[19]。刘洋等认为干旱胁迫对薄皮核桃果实品质有显著的影响，将核桃受灾损失分为4个等级，分别为生长正常、轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫，当发生不同程度的干旱时，薄皮核桃坚果单果重分别为12.60g、10.70g、9.45g、4.39g[20−22]。陈鹏等[23]认为病虫害以及冰雹等严重阻碍了核桃产业的健康可持续发展，可见，核桃生长主要受病虫害、干旱、洪涝以及冰雹霜冻等灾害影响。对云南省大理州漾濞县、楚雄州大姚县等地区的核桃种植大户以及农经站走访调研得知，影响当地核桃产量的主要因素为干旱以及病虫害。

保险产品的创新设计有8个步骤（图1），设计指数保险的前提是测算核桃干旱指数以及减产率，确定两者的相关关系。（1）判定区域匀质性，匀质性较高时适用气象指数保险；（2）确定干旱气象指数，根据降水量对核桃的生长影响以及参考已有的干旱等级标准，确定区域内不同的干旱指数；（3）测算核桃因缺水导致的减产量，分离出降水量对作物生长潜力的影响，即分离出干旱气象产量[24]；（4）量化核桃产量减产率与干旱指数的回归关系，建立回归模型，通过产品的试点优化，调整模型精准度，且对其稳健性进行检验；（5）确定因缺水减产的临界值，确定保险的触发赔付值；（6）保险合同定价，根据“期望值相等”的原则厘定纯费率，设计合同；（7）产品的试点反馈，依据市场需求，对产品进行修正优化；（8）产品的市场推广普及，做好产品的宣传工作。

图1 保险产品设计的基本框架

Fig. 1 The basic framework of insurance product design

2 结果与分析

2.1 干旱气象指数选取及计算

2.1.1 干旱气象指数选取

肖良俊于2013年利用云南省核桃主产区40个县的11个气候因子数据，分析各项气候因子对云南核桃产量的影响，结果发现云南核桃与降水量关联性较高，发生干旱时容易造成大幅减产[25]。干旱为云南常发的非突发性灾害，严重威胁农林业的可持续发展。由于反映干旱的指标较多，如降水量、土壤湿度、蒸发量以及种植保墒技术等，若将若干影响因素综合考虑设计多层指标，一方面由于数据难以获得，影响其设计理念简便的可操作性，另一方面是对各个因素的相互作用关系难以把握，指数模型构建存在困难，因此，综合考虑指标灵敏性、稳健性、时效性和友好性等原则[26]，同时考虑数据获取难易程度和计算操作便捷性等方面，选取降水量指标参数，用降水距平百分率作为干旱气象指数。

从保险期限来看，有农林作物全生长期、主要生育期和气象因子敏感期等[27]，借鉴已有研究和指数保险产品的设计，以及对保险公司的走访，结合核桃经济林不同于农作物，属于长期性生长林木，一般可以存活百年甚至上千年，保险期限不能完全参考农业保险期限，因此设置保险期限为一年。核桃从抽芽到成熟一般在2−10月，生长期每个阶段的降水量对于核桃的生长都至关重要，云南干湿季分明，4−10月是雨季，占全年降水量的85%[28]，因此核桃成长的关键期与云南特殊气候的吻合性较好，可以用全年的降水量来估计测算核桃干旱指数保险，作为费率厘定的基础。

年降水量平均百分率可以直观反映干旱指数(DIq)，所以以此构造干旱指数[26]。即

2.1.2 核桃年减产率计算

（1）计算核桃减产率

通过统计年鉴、地方年鉴以及其他相关网站等对云南核桃产量数据资料进行查阅，并走访地方农经站等，发现目前对核桃产量的统计数据十分缺乏，尤其是县级市的统计数据极少，但在分离气象产量时需要以往时间序列的数据作为模型支撑，因此，计算核桃减产率选取的指标参数范围为地级市（州）的统计数据。参考以往文献，分类气象产量的方法主要有 Weibull分布、多元回归分析法、HP滤波分析法[11]等。由于核桃种植技术的提高以及其他影响因素等也对核桃产量具有重要影响，因此，要精准分离气象产量需要去除其趋势部分、周期部分和随机波动等，故选择具有去除长期趋势的HP滤波法计算气象产量。实际产量(Ya)与其趋势产量的差值（即气象产量）占趋势产量的百分比，即为核桃的减产率(YLR)[13]，计算式为[26]

（2）建立干旱气象指数与核桃减产率回归模型

干旱气象指数与核桃减产率的相关关系回归模型为[26]

2.1.3 面板数据平稳性检验

对核桃产量与降水量数据进行归一化标准化处理，利用HP滤波法拟合趋势单产Yt，分离气象产量，得出核桃的减产率（YLR）序列。为了排除数据的随机趋势或确定趋势，提前规避“伪回归”问题，需要对年降水量以及核桃产量等面板数据进行ADF平稳性检验，西双版纳州和迪庆州数据不全，且两地核桃种植面积较少，产量较低，故剔除。依次对各州（市）年降水量、核桃产量、减产率等面板数据进行平稳性检验。平稳性检验采用ADF检验法，假设原序列不平稳[29]。检验结果列于表1、表2和表3。由表中可见，各区域P值均小于0.01，且ADF统计量均小于1%、5%和10%不同显著性水平的临界值，说明检验拒绝原假设，原序列是平稳的，不存在单位根，云南省和14州（市）的2007−2017年降水量、核桃产量、核桃减产率数据都通过了平稳性检验，在95%显著性水平下都是平稳的。

表1 2007−2017年云南全省和14州（市）年降水量的平稳性检验

注：产量的变量用Y表示，在检验类型（C，T，L）中，C表示截距项，T表示趋势项，L表示滞后项，0表示没有C或T，滞后阶数L依SIC准则确定。下同。

Note: The variable of output is represented by Y. In the inspection type (C, T, L), C represents the intercept term, T represents the trend term, L represents the lag term, 0 means no C or T, and the lag order L depends on SIC. The same as below.

表2 2007−2017年云南全省和14州（市）核桃产量的平稳性检验

表3 2007−2017年云南全省和14州（市）核桃减产率的平稳性检验

2.2 保险产品纯费率厘定模型

2.2.1 厘定保险纯费率

一般指数保险费率厘定的方法主要为统一费率法、阶梯费率法、一年定期法以及均衡保险费法等，根据农业指数保险的期望损失研究方法，选用均衡保险费率法，农林业保险的纯费率可采用损失期望值与实际产量的比值，也可用历年干旱造成的减产率Xi与干旱发生率Pi乘积之和[26]，其中，Pi由各个州（市）近11a相对平均年降水量发生干旱的概率确定，即

式中，Ri为保险费率，i为各年度，n为研究期，即11a。

2.2.2 确定触发值与赔付值

确定赔付触发值，即选定干旱灾害发生后的赔付条件。触发值的选择原则是要使实际保险赔付概率在事先预定的设计范围之内，选定干旱指数超过20%发生赔付概率作为启动赔付。赔付值（S）的计算式为[30]

式中，Q是保险金额，Xs是减产率。

2.3 保险产品纯费率厘定与风险区划

2.3.1 减产率计算

采用云南以及14个州（市）2007−2017年的干旱指数以及核桃减产率建立回归模型，计算回归方程可得

表4 不同核桃干旱指数下的减产率

2.3.2 保险纯费率厘定

根据式（5）计算云南省14州（市）的核桃干旱保险纯保费率，结果见表5。由表可见，云南省14个州（市）核桃干旱指数保险纯费率差异显著，保山市、昭通市、丽江市、红河州、大理州等5个地区的纯费率明显高于其他州（市），这些区域均属于生态脆弱区域[31]，生态安全问题严重，高纯费率体现了这些地区核桃种植存在较高的干旱风险[32]，该结果与云南省“生态脆弱区降水量时空分布不均”的现状相符，不同的纯费率有利于辨别不同地区的干旱风险，有助于进一步进行产品分区域推广以及完善制度，合理规避农户风险[33]。各地保险纯费率差异显著，若按照统一标准进行保费财政补贴，政策效果不能得到良好的发挥，不同地区保费补贴等政策要因地制宜，对于保费高的地区，例如昭通、红河等应提高政府补贴比例或通过其他方式转移旱灾风险[34]。

表5 云南省14个州（市）核桃干旱指数保险纯费率(%)

2.3.3 基于聚类分析的干旱风险区划

根据云南省14州（市）核桃干旱指数纯费率进行聚类分析，选用欧式距离模型测定纯费率之间的相似性，进行连接合并，并进行系统聚类(Ward Method)分析。由图2可见，可将纯费率不同的州（市）分为5类，第一类包括7个州（市），即曲靖市、普洱市、文山州、怒江州、德宏州、临沧市、楚雄州，此类地区主要为轻度生态脆弱区，气候条件良好，干旱风险较低，纯费率较低；第二类包括2个州（市），即昆明市和玉溪市，此类地区主要处于强度生态脆弱区，气候条件恶劣，会出现干旱与涝灾交替的情况，存在干旱风险，纯费率较高；第三类为丽江市、大理市和保山市；第四类为红河州；第五类为昭通市，第三至第五类，属于强度或者极强度生态脆弱区，尤其是昭通市，石漠化严重，植被遭到破坏，区域内气象灾害频发，干旱风险高，纯费率偏高，农户投保成本高负担大，引导农户投保时，应统筹公平分配保费补贴费用，加强对昭通市森林保险等的重视。

图2 云南14州（市）核桃干旱指数保险纯费率聚类分析

注：1昆明、2曲靖、3玉溪、4保山、5昭通、6丽江、7普洱、8临沧、9楚雄、10红河、11文山、12大理、13德宏、14怒江。

Note: 1 Kunming, 2 Qujing, 3 Yuxi, 4 Baoshan, 5 Zhaotong, 6 Lijiang, 7 Pu'er, 8 Lincang, 9 Chuxiong, 10 Honghe, 11 Wenshan, 12 Dali, 13 Dehong, 14 Nujiang.

3 讨论与结论

3.1 讨论

目前中国气象指数保险的发展尚处于初级阶段，还未形成成熟的研究体系。本研究初步设计云南核桃干旱气象指数保险产品，分区域厘定出纯费率在1.26%～34.39%，相较于农作物以及草原等气象指数保险产品，为林果业气象灾害指数保险产品开发提供了一种新的思路和方法，完善了农林业保险体系。对纯费率也做出了初步分类，强度生态脆弱区保险纯费率高，轻度生态脆弱区的保险纯费率较低，可以为政府制定政策性森林保费补贴的制度提供建议，为保险公司分区域创新推广产品提供理论依据，积极开展指数保险以及基于此基础设计更为详细的保险产品，做好推广宣传，为农户提供可选择的保险，协助农户转移风险[35]。

但研究仍存在部分客观数据与主观能力的制约，基差风险较大，在实际运用中仍然存在一些障碍。因此，为进一步完善气象指数保险领域的研究，今后可从以下两方面深入进行。

（1）探索如何有效降低基差风险。指数保险产品的开发需要过去30a的区域气象数据与农林业资料作为基础，建立气象指数与农林业生产情况的相关关系。①目前中国远远不能达到气象指数应用的气象站分布的国际标准，建议创新利用物联网、卫星监测等新型技术，获取可以覆盖20km2内的更为有效的气象数据[36]，尝试扩展多种气象因素的综合气象指数保险，提高产品适用性[37]。②提高县级以下农林业相关统计数据可获取性，建议指数保险研究中要多进行调研，尽量获取县级以下连续年份的数据，在数据处理上，做好缺失数据的合理插补与标准化处理，并对数据进行稳健性检验。

（2）探索如何加快产品示范推广。①尽快将核桃气象指数保险纳入中央及地方财政补贴范围，参考农林业政策性保险，各级财政共承担70%的保费，林木经营者承担30%[38]。各地区政府因地制宜制定保险政策，尤其是大理、怒江等气候条件比较恶劣的生态脆弱地区，要提高保费补贴比例，对应用指数保险产品的公司进行减税以及成本补贴等奖励，给予农户保费补贴，积极搭建保险服务平台，弥补市场失灵的不足；③依据干旱指数、生态脆弱性以及区域匀质性等原则，选择典型试点，设立先行县（市）试点，建议选取滇北地区保险费率较高的昭通市彝良县，滇中地区交通发达的昆明市富民县，滇西地区生态脆弱的保山市昌宁县，滇东地区“中国核桃之乡”之称的楚雄州大姚县以及大理州漾濞县作为先行县（市）试点。

3.2 结论

（1）干旱是影响云南核桃挂果质量最重要的环境因子。干旱指数每增加一单位，减产率增加0.599个百分点，当干旱指数为0时，其它灾害将导致核桃减产24.9%。设置核桃干旱气象指数20%为赔付触发值。

（2）通过费率聚类分析，云南省各州（市）区域间保险费率差异较大。云南核桃干旱指数纯保险费率呈现与生态脆弱性相对应的特征，生态脆弱性强的地区费率较高，纯费率对应呈现出由南向北依次递增趋势，分布在1.26%～34.39%区间。

（3）根据云南核桃种植分布以及区域干旱情况，滇北地区费率较高的昭通市彝良县，滇西地区生态脆弱的保山市昌宁县，滇东地区“中国核桃之乡”之称的楚雄州大姚县以及大理州漾濞县可作为先行县（市）试点，根据实际情况反馈，对保险产品进行优化。

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Design of Yunnan Walnut Drought Weather Index Insurance Product

QIN Tao, ZHU Cai-xia

(School of Economics and Management, Beijing Forestry University, Beijing 100083 , China)

In order to effectively reduce the adverse selection and moral hazard in the traditional forest insurance market, reduce the cost of claims, and improve the efficiency of claims, authors designed drought weather index insurance based on the development of the walnut industry in Yunnan.First of all, the drought index was calculated based on anomaly percentage of annual precipitation.Secondly, the HP filter method was used to calculate the walnut yield reduction rate. Finally, by constructing a regression model to determine the correlation between the drought index and the rate of yield reduction, the pure rate and risk zoning were determined.The time span of the panel data is from 2007 to 2017. Meteorological data and walnut output data come from thecompiled by the State Forestry Administration,compiled by the Yunnan Provincial Statistics Bureau,compiled by the Yunnan Provincial People's Government,on National Economic and Social Development and statistical yearbook sharing platform. Others are from The official website of the Yunnan Forestry and Grassland Bureau (http://lcj.yn.gov.cn/). At the same time, refer to the relevant data of the 2019. There are 8 steps in the innovative design of insurance products. (1) Determine the homogeneity of the region, and apply weather index insurance when the homogeneity is high. (2) Determine the drought weather index, based on the impact of precipitation on the growth of walnuts, and refer to the existing drought grade standards, to determine the different drought indexes in the region. (3) Calculate the yield reduction of walnuts due to lack of water, and isolate the impact of precipitation on crop growth potential, that is, isolate the drought weather yield. (4) Quantify the regression relationship between walnut yield reduction rate and drought index, and establish a regression model. (5) Determine the critical value of production reduction due to water shortage and determine the trigger compensation value of insurance. (6) The price of insurance contracts is determined, and the pure rate is determined based on the principle of "equal expected value", and the contract is designed. (7) Feedback on product pilots, and revise and optimize products based on market demand. (8) Market promotion and popularization of products, and do a good job in product publicity. The results showed that the pure premium rate of walnut drought index insurance in different states (cities) in Yunnan is between 1.26% and 34.39%. Cluster analysis found that there are significant differences in the risk loss probability of various states (cities). Among them, Qujing, Pu'er and other areas are in mild ecologically fragile areas with fewer drought disasters, while Zhaotong and Honghe are in strong ecologically fragile areas with more drought disasters. Which provide a theoretical basis for insurance companies to further calculate the rate. Based on the risk zoning cluster analysis of pure premium rate, different states (cities) can set different premium subsidy ratios, so as to improve the premium subsidy policy system. According to the distribution of walnut planting in Yunnan and the regional drought situation, Yiliang county, Zhaotong city, which has a higher pure premium rate in northern Yunnan, Changning county, Baoshan city, which is ecologically fragile in western Yunnan, and Dayao county, Chuxiong prefecture, the "hometown of walnuts in China" in eastern Yunnan and Yangbi county, Dali prefecture, can conduct pilot projects and optimize insurance products based on feedback from actual conditions.

Drought weather index; Walnut yield reduction rate; Rate determination; Insurance product design; Cluster analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2021.12.007

秦涛,朱彩霞.云南核桃干旱气象指数保险产品设计[J].中国农业气象,2021,42(12):1057-1067

收稿日期：2021−04−26

北京市社会科学基金项目“北京市公益林保险产品创新与运行模式优化”（18YJB011）；教育部人文社会科学研究规划基金项目“我国森林保险精准扶贫效应评估与机制优化研究”（20YJA790059）；国家自然科学基金青年项目“基于风险区划的中国森林火灾险费率厘定研究”（71403022）

通讯作者：朱彩霞，博士生，研究方向为林业投资与金融，E-mail：18137829506@163.com

秦涛，E-mail：qintao415@126.com