Covariance Matrix Estimation and Mean-Variance Optimization in application to International Diversification

Tutkimus keskittyy kansainväliseen hajauttamiseen suomalaisen sijoittajan näkökulmasta. Tutkimuksen toinen tavoite on selvittää tehostavatko uudet kovarianssimatriisiestimaattorit minimivarianssiportfolion optimointiprosessia. Tavallisen otoskovarianssimatriisin lisäksi optimoinnissa käytetään kahta kutistusestimaattoria ja joustavaa monimuuttuja-GARCH(1,1)-mallia. Tutkimusaineisto koostuu Dow Jonesin toimialaindekseistä ja OMX-H:n portfolioindeksistä. Kansainvälinen hajautusstrategia on toteutettu käyttäen toimialalähestymistapaa ja portfoliota optimoidaan käyttäen kahtatoista komponenttia. Tutkimusaieisto kattaa vuodet 1996-2005 eli 120 kuukausittaista havaintoa. Muodostettujen portfolioiden suorituskykyä mitataan Sharpen indeksillä. Tutkimustulosten mukaan kansainvälisesti hajautettujen investointien ja kotimaisen portfolion riskikorjattujen tuottojen välillä ei ole tilastollisesti merkitsevää eroa. Myöskään uusien kovarianssimatriisiestimaattoreiden käytöstä ei synnytilastollisesti merkitsevää lisäarvoa verrattuna otoskovarianssimatrisiin perustuvaan portfolion optimointiin.

Market linkages and volatility spillover: evidence from BRIC countries

The aim of this study is to investigate volatility spillover-effect and market integration between BRIC countries. Motivated by existing literature of market integration between developed and emerging markets, we will investigate market linkages using multivariate asymmetric GARCH BEKK model. The increasing globalization of the financial markets and consequent higher volatility transfer between markets makes it more important to understand market integration between BRIC countries. We investigate the stock market integration and volatility transfer between the BRIC countries form 1998 to 2007, using daily data. The empirical results show that there are international diversification benefits among Brazil, Russia, China and India. U.S. influence to these countries has been week, even though U.S. economy has been leading the global financial markets. From Finnish point of view, diversification benefits are robust but we find some correlation with Russia and China.

Time-varying Risk Premiums and Conditional Market Risk: Empirical Evidence from European Stock Markets

This study investigates the relationship between the time-varying risk premiums and conditional market risk in the stock markets of the ten member countries of Economy and Monetary Union. Second, it examines whether the conditional second moments change over time and are there asymmetric effects in the conditional covariance matrix. Third, it analyzes the possible effects of the chosen testing framework. Empirical analysis is conducted using asymmetric univariate and multivariate GARCH-in-mean models and assuming three different degrees of market integration. For a daily sample period from 1999 to 2007, the study shows that the time-varying market risk alone is not enough to explain the dynamics of risk premiums and indications are found that the market risk is detected only when its price is allowed to change over time. Also asymmetric effects in the conditional covariance matrix, which is found to be time-varying, are clearly present and should be recognized in empirical asset pricing analyses.

Essays on pricing of risk and international linkage of Russian stock market

Last two decades have seen a rapid change in the global economic and financial situation; the economic conditions in many small and large underdeveloped countries started to improve and they became recognized as emerging markets. This led to growth in the amounts of global investments in these countries, partly spurred by expectations of higher returns, favorable risk-return opportunities, and better diversification alternatives to global investors. This process, however, has not been without problems and it has emphasized the need for more information on these markets. In particular, the liberalization of financial markets around the world, globalization of trade and companies, recent formation of economic and regional blocks, and the rapid development of underdeveloped countries during the last two decades have brought a major challenge to the financial world and researchers alike. This doctoral dissertation studies one of the largest emerging markets, namely Russia. The motivation why the Russian equity market is worth investigating includes, among other factors, its sheer size, rapid and robust economic growth since the turn of the millennium, future prospect for international investors, and a number of important major financial reforms implemented since the early 1990s. Another interesting feature of the Russian economy, which gives motivation to study Russian market, is Russia’s 1998 financial crisis, considered as one of the worst crisis in recent times, affecting both developed and developing economies. Therefore, special attention has been paid to Russia’s 1998 financial crisis throughout this dissertation. This thesis covers the period from the birth of the modern Russian financial markets to the present day, Special attention is given to the international linkage and the 1998 financial crisis. This study first identifies the risks associated with Russian market and then deals with their pricing issues. Finally some insights about portfolio construction within Russian market are presented. The first research paper of this dissertation considers the linkage of the Russian equity market to the world equity market by examining the international transmission of the Russia’s 1998 financial crisis utilizing the GARCH-BEKK model proposed by Engle and Kroner. Empirical results shows evidence of direct linkage between the Russian equity market and the world market both in regards of returns and volatility. However, the weakness of the linkage suggests that the Russian equity market was only partially integrated into the world market, even though the contagion can be clearly seen during the time of the crisis period. The second and the third paper, co-authored with Mika Vaihekoski, investigate whether global, local and currency risks are priced in the Russian stock market from a US investors’ point of view. Furthermore, the dynamics of these sources of risk are studied, i.e., whether the prices of the global and local risk factors are constant or time-varying over time. We utilize the multivariate GARCH-M framework of De Santis and Gérard (1998). Similar to them we find price of global market risk to be time-varying. Currency risk also found to be priced and highly time varying in the Russian market. Moreover, our results suggest that the Russian market is partially segmented and local risk is also priced in the market. The model also implies that the biggest impact on the US market risk premium is coming from the world risk component whereas the Russian risk premium is on average caused mostly by the local and currency components. The purpose of the fourth paper is to look at the relationship between the stock and the bond market of Russia. The objective is to examine whether the correlations between two classes of assets are time varying by using multivariate conditional volatility models. The Constant Conditional Correlation model by Bollerslev (1990), the Dynamic Conditional Correlation model by Engle (2002), and an asymmetric version of the Dynamic Conditional Correlation model by Cappiello et al. (2006) are used in the analysis. The empirical results do not support the assumption of constant conditional correlation and there was clear evidence of time varying correlations between the Russian stocks and bond market and both asset markets exhibit positive asymmetries. The implications of the results in this dissertation are useful for both companies and international investors who are interested in investing in Russia. Our results give useful insights to those involved in minimising or managing financial risk exposures, such as, portfolio managers, international investors, risk analysts and financial researchers. When portfolio managers aim to optimize the risk-return relationship, the results indicate that at least in the case of Russia, one should account for the local market as well as currency risk when calculating the key inputs for the optimization. In addition, the pricing of exchange rate risk implies that exchange rate exposure is partly non-diversifiable and investors are compensated for bearing the risk. Likewise, international transmission of stock market volatility can profoundly influence corporate capital budgeting decisions, investors’ investment decisions, and other business cycle variables. Finally, the weak integration of the Russian market and low correlations between Russian stock and bond market offers good opportunities to the international investors to diversify their portfolios.

Dynamic Hedging with Credit Default Swaps: Empirical Evidence from the European Monetary Union

This thesis investigates the effectiveness of time-varying hedging during the financial crisis of 2007 and the European Debt Crisis of 2010. In addition, the seven test economies are part of the European Monetary Union and these countries are in different economical states. Time-varying hedge ratio was constructed using conditional variances and correlations, which were created by using multivariate GARCH models. Here we have used three different underlying portfolios: national equity markets, government bond markets and the combination of these two. These underlying portfolios were hedged by using credit default swaps. Empirical part includes the in-sample and out-of-sample analysis, which are constructed by using constant and dynamic models. Moreover, almost in every case dynamic models outperform the constant ones in the determination of the hedge ratio. We could not find any statistically significant evidence to support the use of asymmetric dynamic conditional correlation model. In addition, our findings are in line with prior literature and support the use of time-varying hedge ratio. Finally, we found that in some cases credit default swaps are not suitable instruments for hedging and they act more as a speculative instrument.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

A comparison of electricity spot prices simulation using ARMA-GARCH and mean-reverting models

The aim of this work is to compare two families of mathematical models for their respective capability to capture the statistical properties of real electricity spot market time series. The first model family is ARMA-GARCH models and the second model family is mean-reverting Ornstein-Uhlenbeck models. These two models have been applied to two price series of Nordic Nord Pool spot market for electricity namely to the System prices and to the DenmarkW prices. The parameters of both models were calibrated from the real time series. After carrying out simulation with optimal models from both families we conclude that neither ARMA-GARCH models, nor conventional mean-reverting Ornstein-Uhlenbeck models, even when calibrated optimally with real electricity spot market price or return series, capture the statistical characteristics of the real series. But in the case of less spiky behavior (System prices), the mean-reverting Ornstein-Uhlenbeck model could be seen to partially succeeded in this task.

Liquidity Risk in the Finnish Stock Market

This study explores the pricing of liquidity risk and its effect on stock returns in the Finnish stock market. In addition to that, it investigates whether there is a trend in liquidity risk. Finally, it analyzes whether the two chosen liquidity measures provide different results. The data consists of all the common shares listed in the Finnish stock market during the period of 1/1997–7/2015. To examine whether liquidity risk affects stock returns in the Finnish stock market, this study utilizes a conditional version of liquidity-adjusted capital asset pricing model (LCAPM) by Acharya and Pedersen (2005). Two recently proposed illiquidity measures – PQS and AdjILLIQ – are used in the empirical estimation to see whether there are differences in the results between the measures. The time-varying conditional liquidity risks are estimated by using a multivariate DCC-GARCH model, while the pricing of the liquidity risk is conducted by applying fixed effect panel regression. The results imply that investors in the Finnish stock market are willing to pay a premium to hedge from wealth shocks and having liquid assets during the declined market liquidity. However, investors are not willing to pay a premium for stocks with higher returns during illiquid markets. The total annualized illiquidity premiums found in the Finnish stock market are 1.77% and 1.04%, based on the PQS and AdjILLIQ measures, respectively. The study also shows that liquidity risk does not exhibit decreasing trend, and investors should consider liquidity risk in their portfolio diversification in the Finnish stock market.