Modelování přírodních katastrof v pojišťovnictví

Václav Varvařovský

Master's thesis

Modelling natural catastrophes in insurance

Anotácia:

Kvantifikace rizik je jedním ze základních kamenů současného pojišťovnictví. Přírodní katastrofy a jejich modelování představuje jednu z nejdůležitějších částí neživotního pojištění v České republice. Jedním z podstatných vstupů modelů přírodních katastrof je prostorová závislostní struktura v portfoliu pojišťovny. Kopuly představují obecný pohled na závislostní strukturu a rozšiřují klasický přístup, který implicitně používá závislostní strukturu vícerozměrného normálního rozdělení. Cílem této práce je, vzhledem k absenci ucelených monografií v České republice, dát teoretický základ pro používání kopul. Zaměřuje se na obecné vlastnosti kopul a specifika dvou nejběžněji používaných rodin kopul -- Archimedovských a eliptických. Další cíl potom představuje kvantifikace rozdílu modelovaných škod z povodní v České republice mezi danou kopulou a klasickým přístupem, který využívá závislostní strukturu vícerozměrného normálního rozdělení. Výsledky do značné míry závisí na měřítku škod v jednotlivých oblastech. Mají-li oblasti přibližně "věžovitou" strukturu (tj. jedna oblast výrazně převyšuje ostatní), pohybuje se efekt změny závislostní struktury oproti klasickému přístupu mezi 5-10% (nahoru i dolu v závislosti na kopule) na 99,5 percentilu originálních škod (návratnost 1x za 200 let). V případě, že všechny oblasti jsou cca podobně rozdělené, může být rozdíl díky závislostní struktuře až 30%, což představuje docela podstatný rozdíl pro nákup nejpoužívanější formy zajištění -- zajištění škodového nadměrku. Klasický přístup má nespornou výhodu v jednoduchosti s jakým lze generovat data. Přestože Archimedovské kopuly mají jednoduchou formu, není již tolik jednoduché je generovat při růstu počtu dimenzí. Pro vyšší počet dimenzí značně narůstá složitost generování dat. Z výše uvedených důvodů stojí před aplikací obecných forem závislostí za zvážení zda jsou splněny podmínky alespoň 2 obdobně rozdělených proměnných a zda není dimenze problému příliš vysoká.

Abstract:

Quantification of risks is one of the pillars of the contemporary insurance industry. Natural catastrophes and their modelling represents one of the most important areas of non-life insurance in the Czech Republic. One of the key inputs of catastrophe models is a spatial dependence structure in the portfolio of an insurance company. Copulas represents a more general view on dependence structures and broaden the classical approach, which is implicitly using the dependence structure of a multivariate normal distribution. The goal of this work, with respect to absence of comprehensive monographs in the Czech Republic, is to provide a theoretical basis for use of copulas. It focuses on general properties of copulas and specifics of two most commonly used families of copulas -- Archimedean and elliptical. The other goal is to quantify difference between the given copula and the classical approach, which uses dependency structure of a multivariate normal distribution, in modelled flood losses in the Czech Republic. Results are largely dependent on scale of losses in individual areas. If the areas have approximately a "tower" structure (i.e., one area significantly outweighs others), the effect of a change in the dependency structure compared to the classical approach is between 5-10% (up and down depending on a copula) at 99.5 percentile of original losses (a return period of once in 200 years). In case that all areas are approximately similarly distributed the difference, owing to the dependency structure, can be up to 30%, which means rather an important difference when buying the most common form of reinsurance -- an excess of loss treaty. The classical approach has an indisputable advantage in its simplicity with which data can be generated. In spite of having a simple form, it is not so simple to generate Archimedean copulas for a growing number of dimensions. For a higher number of dimensions the complexity of data generation greatly increases. For above mentioned reasons it is worth considering whether conditions of 2 similarly distributed variables and not too high dimensionality are fulfilled, before general forms of dependence are applied.

Kľúčové slová

povodňové modely, Vlastnosti kopul, katastrofické modely, okrajová kopula, okrajová závislost, míry závislosti, eliptické kopuly, Archimedovské kopuly, vliv závislostní struktury průtoků u povodňových modelů na chování celkových škod

Keywords

impact of a dependence structure of discharges in flood models on behaviour of losses, flood models, catastrophe models, tail copula, tail dependence, measures of dependence, Archimedean copulas, Properties of copulas, elliptical copulas

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 6. 2009

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 3. 2. 2011
• Vedúci: Pavel Zimmermann
• Oponent: Iva Justová

Vysoká škola ekonomická v Praze

Master programme / odbor:
Kvantitativní metody v ekonomice / Statistické a pojistné inženýrství