Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

37
Accepted Manuscript Title: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices Author: Phillip A. Cartwright Natalija Riabko PII: S0275-5319(14)00022-1 DOI: http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.ribaf.2014.04.002 Reference: RIBAF 306 To appear in: Research in International Business and Finance Received date: 28-1-2014 Revised date: 10-4-2014 Accepted date: 24-4-2014 Please cite this article as: Cartwright, P.A., Riabko, N.,Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices, Research in International Business and Finance (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.ribaf.2014.04.002 This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript. The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proof before it is published in its final form. Please note that during the production process errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain.

Transcript of Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 1: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Accepted Manuscript

Title: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Author: Phillip A. Cartwright Natalija Riabko

PII: S0275-5319(14)00022-1DOI: http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.ribaf.2014.04.002Reference: RIBAF 306

To appear in: Research in International Business and Finance

Received date: 28-1-2014Revised date: 10-4-2014Accepted date: 24-4-2014

Please cite this article as: Cartwright, P.A., Riabko, N.,Measuring the effect of oilprices on wheat futures prices, Research in International Business and Finance (2014),http://dx.doi.org/10.1016/j.ribaf.2014.04.002

This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication.As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript.The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proofbefore it is published in its final form. Please note that during the production processerrors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers thatapply to the journal pertain.

Page 2: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 1 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

1  

 

1.  Introduction 

 

The primary purpose of this paper is too lend insight into the empirical validity of reverse regressions 

hypothesizing that spot prices today help to predict forward rates  in the future and the  importance 

of  temporal  aggregation  in  estimating  such  relationships.    The  study  is  interesting  for  reasons  of 

economics and political science as well as for econometrics and statistics.  It  is generally understood 

that fluctuations in oil prices can endanger economic and political stability. Following Posner (2013), 

these effects  can be exacerbated  to  the extent  that  they are  related  to other commodities prices, 

particularly those of food commodities.   Hypothesizing transmission of effects from energy markets 

to food commodity prices seems perfectly reasonable given the importance of energy as an input to 

the  growing,  harvesting  and  transportation  costs.    Such  cross‐market  fluctuations  are  likely  to  be 

particularly  destabilizing  for  net  importers  of  agricultural  commodities  including  Middle  Eastern 

countries which import large quantities of wheat and corn. It is well known that the Middle East is of 

critical importance for global oil production. It also imports a third of globally traded cereals. Middle 

Eastern states consider food imports a strategic liability (Woertz, 2013).  

 

As this research is focused on analyzing empirically the possible effects of oil prices on wheat futures 

contract prices at a  future point  in time and to consider the effect of temporal aggregation on any 

such  relationship,  the  paper  does not  seek  to directly  address  the  issues  concerning  efficiency  of 

markets, although the paper might  be viewed to take market efficiency as a working null hypothesis, 

nor does  it take on the task of determining price response to “fundamentals” such as weather as in 

the  work  by  Pindyck  (2001).  Further,  while  commodity  prices  such  as  wheat  and  oil  exhibited 

considerable volatility over  the period of study  (for example,  the price of oil  rising  from 70 USD  in 

2006 to over 140 USD in 2008, declining to just under 40 USD in 2009 and rising to near 110 USD in 

2011), this work does not address the possible rolls of basic supply and demand shifts versus the roll 

of speculation (Knittel and Pindyck, 2013). 

 

Page 3: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 2 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

2  

Earlier work has focused on the relationship between the energy sector and agricultural commodities 

has been published by Baffles  (2007), Muhammad and Kebede  (2009) and Saghaian  (2010). Baffels 

(2007) reports that among non‐energy commodities, oil prices have the highest pass‐through to food 

commodities and fertilizers.   Muhammed and Kebede (2009) find that the emerging ethanol market 

has  integrated  oil  and  corn  prices.  Saghaian  (2010)  using  time‐series  and  directed  graph  theory 

approaches,  finds a correlation between oil and commodity prices, but the evidence of a (Granger) 

causal  link  is mixed.    In  a  different,  but  related  context,  Roberts  and  Schlenker  (2013)  estimate 

elasticities  for  caloric  energy  from  the most  prominent  food  commodities  and  consider price  and 

quantity implication arising from the expansion of ethanol demand. 

 

Temporal  aggregation  has  been  a  frequent  topic  of  past  and  recent  research  in  economics  and 

finance.   Problems of temporal aggregation arise frequently  in economics and econometric analysis 

as a consequence of using macro or aggregated data to estimate underlying micro, or disaggregate 

relationships.  Results  from  research  indicate  that  effects  of  temporal  aggregation  can  adversely 

impact statistical estimation, inference and dynamic lag structures.  Evidence relevant to this analysis 

(Engle, R.F. and Liu, T.C., 1972; Rowe, 1976; Cartwright and Lee, 1987; Marcellino, 1999; Silvestrini 

and  Veredas,  2005)  indicates  that  time  series  aggregation  will most  certainly  influence  standard 

errors on parameter estimates as standard errors are likely to increase with aggregation. Therefore, 

t‐ratios are likely to change as well. While goodness‐of‐fit measures might increase with aggregation, 

forecast accuracy with macro‐level aggregations might deteriorate owing to information  loss due to 

the  averaging of observations  associated with  an underlying micro‐level  structure.   Generally,  the 

results  show  adverse  effects  of  temporal  aggregation  on  statistical  estimation,  inference  and  on 

dynamic lag structures.   

 

Following Silvestrini and Veredas  (2005), aggregation of  time series  raises many  issues  relevant  for 

the practitioner. For example, if a time series can be characterized by a particular specification at one 

level  of  aggregation,  what  is  the  correct  specification  at  an  alternative  aggregation?  If  data  are 

Page 4: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 3 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

3  

available  at  both  micro  and  macro  levels  of  aggregation,  which  series  should  be  modeled?  If 

information loss owing to aggregation is of concern, how best measure the information loss? 

 

Following  this  Introduction,  Section  2  provides  a  description  of  the  data.  In  order  to  develop 

understanding  of  the  consequences  of  aggregation when modeling  commodities  futures  contract 

price data, models are estimated and evaluated at increasingly higher levels of temporal aggregation; 

daily, weekly and monthly. Section 3  reports  results  from  feasible generalized  least  squares  (FGLS) 

modeling. Models are estimated excluding and  including  the  spot oil price.  In addition,  the model 

including the oil price is estimated using a random coefficient framework (Swamy, 1970).  Following 

the early work of Cartwright and Lee (1987), analysis is made based upon aggregation and estimated 

basic errors of the coefficients.   

 

Section  4  addresses  issues  of  time  series  dynamics  and  causality.  In  order  to  gain  further 

understanding of model estimation and performance, a time series approach  is applied to the data 

for  the  U.S.  and  France.  The  results  for  GARCH  applications  at  the  daily,  weekly  and  monthly 

aggregation  levels  are  reported  including  diagnostics  and  forecast  measures.  The  summary  and 

conclusions from the empirical work appear in the final section. 

 

 

 

2.   Data 

Data are collected on futures wheat contract price and spot prices for the United States and France. 

These markets are considered to be the largest for which reliable market data are available on a daily 

weekly and monthly basis. .  

 

Data are  collected on  a daily basis beginning on 1  January 2006  through 31 December 2011. This 

period was chosen so as  to begin  the analysis prior  to  the onset of  the  financial crisis beginning  in 

2008  and  ending with  the  final period of  availability.  The  empirical  analysis  is based on  the daily, 

Page 5: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 4 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

4  

weekly and monthly FOB prices for U.S. Soft Red Winter (Gulf ports), and French Soft Wheat (Rouen) 

as well as on the corresponding products  futures prices.   All the price series are quoted  in nominal 

USD per ton. The US daily spot prices and U.S. daily futures rates were taken from the International 

Grain Council (IGC) data base which corresponds to Eurostat data. The French daily spot prices and 

French daily  futures prices were  taken  from  the  International Grain Council  (IGC) data base which 

also corresponds to Eurostat data.   

 

The ICE Brent Crude daily spot rates and daily futures rates were taken from the International Grain 

Council (IGC) data base which corresponds to International Exchange (ICE) data. The ICE Brent Crude 

Futures contract  is a deliverable contract based on EFP delivery with an option to cash settlement. 

Data  have  been  aggregated  from  daily  data  (n=1538)  to weekly  (n=308)  and monthly  data  series 

(n=68) in order to guarantee correspondence between the series over time. Descriptive statistics for 

the daily series are shown in Table 1. 

 

INSERT TABLE 1 ABOUT HERE 

 

 

 

 

 

3. Basic and Random Coefficient Models 

 

3.1 Basic and Extended Models 

 

Since the 1970s, empirical research on  financial markets behavior and performance has emphasized  

the efficient market hypothesis, which states that given a particular financial contract with developed 

forward and spot markets, the forward price reflects all  information possessed by persons active  in 

Page 6: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 5 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

5  

that market. Therefore, in an open market, the forward price should be an unbiased predictor of the 

future spot price (Dornbusch, 1976).  Empirical tests of this relationship take the form of a regression  

       1)   )()()( kttfkts k +++=+ εβα  

where  

s (t) = the spot price on contracts of wheat at period t 

f (t) = the average of the 30‐day forward contract price recorded at period t‐1 

               ε (t) = error disturbance assumed distributed normal and independently with zero mean  

  variance  σ2 

  =k  number of periods into the future from the time period t. 

   

The efficient market hypothesis  implies  that  the estimate of  the  constant  term  is not  significantly different from zero and the estimate of β is not significant different from 1.0. 

 

Note that  f k(t) is 30‐day forward price. Weekly and monthly data series were constructed from daily 

data averaging not only time intervals taking into account multiple contracts week‐ends and trading 

holidays. 

 

In this paper, interest is in the reverse regression, i.e. 

 2 )  )()()( kttsktf k +++=+ εβα or more generally, interest is in the model 

 

2’)  )(')(')('')( ktttsktf k ++++=+ εδβα  

where  

f (t) = the average of the 30‐day forward contract price recorded at period t 

s (t) = the spot price on contracts of wheat at period t 

o (t) = the spot price for oil  (Brent) at period t 

               ε  (t)  =  error  disturbance  assumed  distributed  normal  and  independently with  zero mean variance  σ2 

                =k  number of periods into the future from the time period t. 

Page 7: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 6 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

6  

 

 

A precedent for such reverse regressions has been established in exchange rate models by Campbell 

and  Shiller  (1987),  Engel  and West  (2005),  and Chen, Rogoff  and Rossi  (2008).    Fundamentally, 2) 

points to the notion that today’s market state (and past realizations in the dynamic case considered 

below)  effects  the  forward‐looking  variable.  More,  technically,  the  idea  is  that  the  price  today 

reflects  expectations  of  future  changes  in market  conditions,  so  it  should  be  a  useful  predictor.  

Moreover, in the context of this research, if contemporaneous or strict causality from the spot to the 

futures  market  is  owing  to  supply  chain  transmission  of  effects  from  energy  markets  to  food 

commodity  prices,  the monthly  unit  of  aggregation  can  be  entertained  as  appropriate.  Following 

Chen,  Rogoff  and  Rossi  (2008),  it  is  recognized  that  endogeneity  problems  in  such models make 

sorting out of the dynamic causality difficult, if not impossible, and parameter instability exacerbates 

the statistical problems. In this paper, alternative methods and specifications are applied in an effort 

to gain  insight  into the  issues of aggregation, acknowledging that the  issues of causal  interpretation 

are not resolved. 

 

3.1.1 Daily Data 

United States 

In order  to  indicate  the behavior of  the  series under  analysis,  generally  and  specifically,  the daily 

futures contract price data for the United States are shown in Figure 1. The spot price data is plotted 

in Figure 2. The Brent oil  spot price data are plotted  in Figure 3.  For  the U.S.  futures market,  the 

results of  the basic model  show a Durbin‐Watson  statistic of  .071  indicating  the presence of  first‐

order autocorrelation justifying the application of feasible generalized least squares (FGLS) using the 

STATA prais command. Diagnostic statistics are indicated throughout the course of the paper. Details 

concerning diagnostics and extensive data plots are available from the authors on request. 

 

Figure 1. Price, U.S. Daily Wheat Futures (USD/MT), 2006‐2011 

 

Page 8: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 7 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

7  

INSERT FIGURE 1 ABOUT HERE 

Figure 2. Price, U.S. Daily Wheat Spot (USD/MT), 2006‐2011 

INSERT FIGURE 2 ABOUT HERE 

 

 

The FGLS results show the spot price for wheat at (t)  is significant.   The specification  is extended to 

include the spot oil price as an exogenous variable. The Brent oil spot price data are plotted in Figure 

3. Estimation of Equation 2’ yields promising results, but the presence of autocorrelation as indicated 

by  the  Durbin‐Watson  statistic  of  .070  suggests  the  application  of  the  FGLS  procedure.    In  this 

specification,  the  estimated  value  for  the  coefficient  on  the  wheat  spot  is  significant,  while  the 

coefficient on the spot oil price is clearly insignificant. 

 

INSERT FIGURE 3 ABOUT HERE 

Figure 3. Price, Daily Brent Oil Spot (USD/BBL), 2006‐2011 

 

 

France 

Following  precisely  the  same  procedures  as  those  adopted  for  the  U.S.  data,  the  models  are 

estimated using data  for the French market. OLS results for the basic model yield a Durbin‐Watson 

statistic of  .047, and  the FGLS procedure  is applied as above. The  results show  that  the coefficient 

estimate for the wheat spot price is insignificant.  Again, as above, the model is extended to include 

the oil price variable.   

 

For  specification  2’)  the  autocorrelation‐corrected model  shows  the  coefficient  estimates  on  spot 

wheat and oil are significant. The transformed Durbin‐Watson statistic  indicates that the first‐order 

serial correlation has been mitigated. 

 

 

3.1.2 Weekly Data 

Page 9: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 8 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

8  

 

United States 

 The U.S. data are aggregated to the weekly level on a calendar day basis. That is, the weekly data are 

aggregated  and  averaged  so  as  to  correspond  to  the  trading  days  in  the  daily  data  set.    The 

aggregated weekly futures series is plotted in Figure 4. The basic model of futures contract prices at 

t+k  as a function of spot wheat prices at t is estimated and corrected for first‐order autocorrelation. 

The  correction  is  based  on  the  Durbin‐Watson  statistic  of  .201  from  the  estimation  of  the  initial 

specification  indicating  the  presence  of  first‐order  autocorrelation.    The  FGLS  results  yield  an 

insignificant estimate on the spot wheat price.  

 

INSERT FIGURE 4 ABOUT HERE 

Figure 4. Price, U.S. Weekly Wheat Futures (USD/MT), 2006‐2011 

 

 

The basic model is extended to include the aggregated spot oil price, which is plotted in Figure 5. The 

estimation  yields  a  Durbin‐Watson  statistic  of  .236  indicating  the  presence  of  first‐order 

autocorrelation. The FGLS procedure  is applied.   The  transformed  regression yields an  insignificant 

result  for  the  estimated  spot  price  for  wheat,  but  the  coefficient  estimate  on  the  price  of  oil 

significant at the 99 percent confidence level. 

 

INSERT FIGURE 5 ABOUT HERE 

Figure 5. Price, Weekly Brent Oil Spot (USD/BBL), 2006‐2011 

 

France 

The basic model of futures contract prices for France as a function of spot prices is estimated and the 

Durbin‐Watson statistic of  .312    for  the untransformed model  indicates  the presence of  first‐order 

autocorrelation. The FGLS procedure is applied. In sharp contrast to the daily results, and the results 

for the U.S. data, the coefficient estimate for spot wheat  is significant at the 99 percent confidence 

level. 

Page 10: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 9 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

9  

 

 

The model  is  extended  to  include  the  oil  price  variable. While  the  initial  results  from  the model 

appear  promising;  the  presence  of  autocorrelation  as  indicated  by  the Durbin‐Watson  statistic  of 

.314 suggests application of the FGLS procedure.  In contrast to the case using daily data and the U.S. 

weekly data, both of  the  coefficient  estimates  for  the  spot price  variable  and  the oil  variable  are 

significant  at  the  99  percent  confidence  level.  The  standard  errors  of  the  estimates  have  also 

increased markedly as predicted by theory and shown in Table 1.  

 

 

3.1.3 Monthly Data 

 

United States 

The U.S. monthly  futures price  is shown  in Figure 6. The spot oil price data are plotted  in Figure 7. 

Estimation  of  the  initial  specification  indicates  first‐order  autocorrelation with  the Durbin‐Watson 

statistic of .841.   

INSERT FIGURE 6 ABOUT HERE 

Figure 6. Price, U.S. Monthly Wheat Futures (USD/MT), 2006‐2011 

 

 

INSERT FIGURE 7 ABOUT HERE 

Figure 7. Price,  Monthly Brent Oil Spot (USD/BBL), 2006‐2011 

 

The  estimated  FGLS model  coefficient on  spot wheat  is positive  and  significant  at  the 90 percent 

confidence  level.   The coefficient estimate was also significant at the daily  level, but  insignificant at 

the  weekly  level  of  aggregation.  The  model  including  the  oil  price  variable  shows  coefficient 

estimates  significant  at  the  99  percent  confidence  level.  The  standard  errors  for  the  estimated 

coefficient  for  the  spot  wheat  and  oil  prices  are  systematically  larger  with  increasing  levels  of 

aggregation as is goodness‐of‐fit measured by the adjusted R2 confirming theory‐based expectations.  

Page 11: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 10 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

10  

 

 

 

 

 

 France 

For France, based upon the previous results, the presence of first‐order autocorrelation is  indicated 

by the Durbin‐Watson Statistic of .841, so the model is re‐estimated using the FGLS procedure.  The 

coefficient  on  the  spot  wheat  price  is  significant  at  the  99  percent  confidence  level  and  the 

magnitude of  the  coefficient  estimate  is  significantly  larger  in magnitude  relative  to  the daily  and 

weekly models.   Temporal aggregation of  the data has significant  implications  for model  results.  It 

appears  that  the  level  of  smoothing  achieved  by  aggregating  the  data  for  France  achieves 

significantly better model performance.  

 

 The model  including  the  spot oil price performs extremely well overall. The parameter coefficient 

estimates  for  the  spot wheat  and  oil  are  significant  at  the  99  and  90  percent  confidence  levels, 

respectively. Again, consistent with previous, the standard errors of the estimated coefficient for the 

spot wheat and oil prices are systematically  larger with  increasing  levels of aggregation, confirming 

theory‐based expectations. Further, it is notable that the adjusted R2   for  the  transformed  FGLS 

model of .917 is also markedly higher than models estimated at the daily and weekly levels.  

 

 

3.2 Random Coefficient Model 

 

3.2.1 Daily Data 

In  this  section,  the  data  for  the  U.S.  and  France  are  pooled  in  order  to  estimate  the  random 

coefficient model as original proposed by Swamy (1970). The algorithm xtrc in STATA is used for this 

procedure.  It  is  hypothesized  that  there  exists  parameter  heterogeneity,  which  is  treated  as 

Page 12: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 11 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

11  

stochastic  variation.    For  purposes  of  this  research,  the  focus  is  on  testing  the  nonconstancy  of 

parameters over markets.  It might also be on  interest to test the model for constancy over time as 

well as groups for reasons which are evident based on the time series analysis below. The model as 

proposed by Hsiao might well be applied in future research.  A detailed discussion of the model can 

be found in Judge, et al.  (1985). 

 

The daily data are as above indicating the use of n=3016 (2 x 1508) covering the periods 2006 – 2011.                               

Based on the Wald test, the coefficients are jointly significant and the test of parameter constancy as 

proposed  by  Swamy  (1970)  confirms  randomness  in  the  parameter  estimates.  The  coefficient 

estimate  for  the  spot  oil  price  is  not  significant,  however.  Practically,  this  result  rejects  the 

homogeneity  of  the  combined  or  pooled market.  That  is,  under  the  assumption  of  one  efficient 

market,  the  expectation  is  that  the  parameters would  be  stable  indicating market  homogeneity. 

Given a priori knowledge of the autocorrelation based upon estimation of the single country models, 

a time trend variable was introduced into the specification. This had marginal effect on the estimates 

of  the coefficients  for spot wheat and oil, but the estimate on the time trend, while small  (.010)  is 

significant at the 99 percent confidence level. 

 

3.2.2 Weekly  Data 

 

The weekly  aggregated  data  are  as  previously  indicated  and  n=608  (2  x304)  covering  the  periods 

2006 – 2011.  Again, the estimate for the oil spot price is significant.  As is the case for the daily data, 

for the weekly model, based on the Wald test, the coefficients are jointly significant and the test of 

parameter  constancy  as  proposed  by  Swamy  (1970)  confirms  nonconstancy  of  the  parameter 

estimates.   While  the  spot wheat variable  is  significant 99 percent confidence  level  the coefficient 

estimate for the spot price  is not significant.   As for the weekly data, a  linear time trend variable  is 

included. Addition of the trend variable does not substantially alter the results recorded without  it; 

however, the coefficient estimate is significant at the 1 percent significance level.  

 

Page 13: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 12 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

12  

 

 

 

 

 

3.2.3 Daily Data 

The  monthly  aggregated  data  are  as  previously  indicated  and  n=134  (2  x  67).  The  coefficient 

estimates  are  significant  at  the  90  percent  confidence  level  or  better  and  the  results  confirm 

nonconstancy of the parameters. 

 

The results to this point are summarized  in Table 2. To this point, the results suggest a relationship 

between the wheat futures price at period t+k and the spot wheat price at period t consistent with 

the  reverse  regression  specification. However,  this  relationship  varies  considerably with  temporal 

aggregation.  The  spot  oil  price  is  generally  significant  across  levels  of  aggregation.  These  results 

certainly  seem  to  confirm  the  results of  Saghaian  (2010)  that  the markets are  correlated, but  this 

does not constitute a claim of causality. Moreover, the temporal aggregation interval is important in 

detecting any such relationship. Generally, temporal aggregation results in increased standard errors 

on  the  estimated  coefficients  and  impacts  the  goodness‐of‐fit.    It  is  noteworthy  that  there  is 

considerable  statistical  heterogeneity  between  the  markets,  which  suggests  that  even  where  a 

correlation  between  futures  and  spot wheat  prices  is  detected,  the  correlation  is  not  necessarily 

stable over the U.S. and French markets. 

INSERT TABLE 2 HERE 

4. Dynamic Models  

 

It  is well‐known  that  intertemporal effects  in  financial models are prevalent.  Intertemporal effects 

have been  recognized at  least  since  the work of Merton  (1976) and Black  (1976). As  these papers 

Page 14: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 13 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

13  

demonstrate the  inadequacy of static models, this research extends the results above to estimate a 

dynamic formulation of 2’) shown in Equation 3. 

3)  )('')('')('')1('')( ktttsktfktf kk ++++−++=+ εδβφα Where  f  (t+k‐1)  indicates  the  lagged dependent variable at  time  t+k‐1.   The coefficient 0≥φ <1 and 

the error term is assumed to have zero expectation and constant variance. 

 

The model  is well‐known  in economics and  finance as a  lagged dependent variable (LDV) model, or 

more specifically, Equation 3) is a restricted form of the autoregressive distributed lag (ADL) in which 

the  specification above  implies an  infinite geometric  lag on  the  variables  s(t) and o(t) based upon 

application of  a Koyck)  transformation. A more detailed discussion of  the  infinite  geometric  lag  is 

provided by Judge, Griffiths, Hill, Lütkepohl and Lee (1985).  

 

Based on the results above, there  is reason a priori to expect autocorrelation  in the residuals giving 

rise to  issues potentially more complex than those considered  in conjunction with the basic model.  

This  is  troublesome  as  the  estimates  are  likely  to be  biased  and  inconsistent.  For  this  reason,  an 

alternative  approach  to  estimation,  GARCH,  is  applied.  Following  the  work  of  Engle  (2002)  and 

Bollerslev, Engle, and Nelson (1994), the MGARCH procedure  is applied to estimate the parameters 

the multivariate generalized autoregressive heteroscedastic model.  In this procedure the conditional 

variances are modeled as univariate generalized autoregressive conditionally heteroscedastic models 

and the covariances are modeled as nonlinear functions of the conditional variances (Engle, 2002).  

Preliminary research using the U.S. and French data  investigated application of       both the dynamic 

conditional  correlation  (dcc) multivariate  as well  as  the diagonal  vech multivariate GARCH models 

(Lütkepohl, 2005). Differences  in  the outcomes were  insignificant. The STATA mgarch dcc provides 

sufficient  generality  or  flexibility  for  purposes  of  this  paper.  Further, while only  the  final  selected 

specifications are reported, for the GARCH  (p,q) models alternative values for p and q were tested. 

The popularity of  the GARCH(1,1) model  is  indicated by a significant body of  literature, e.g. Nelson 

Page 15: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 14 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

14  

(1990). The GARCH (1,1) model is The GARCH(1,1) model has often been found sufficient to capture 

the main features of the volatility process.  

 It  is  notable  that  for  this  research,  estimation  of  complex  structures  for  p>1  and  q>1  frequently 

resulted  in highly unstable or  indeterminate solutions owing  to  the  flat surface of  the  relevant  log 

likelihood function.  While the models are estimated over alternative levels of aggregation, Drost and 

Nijman  (1993) have shown  that classical GARCH assumptions are not  robust  to  the specification of 

the sampling interval.  Issues concerning time series modelling of commodity prices, and oil prices in 

particular can be found in the papers by Chen and Lin (2014) and Bopp and Lady (1991).  

4.1 Daily Data 

United States 

Applying  general  procedure  for  time  series  methods,  the  autocorrelation  (ACF)  and  partial 

autocorrelation  functions  (PACF)  for  the  U.S.  futures  data  are  estimated  (Granger  and  Newbold, 

1986). The ACF shows significant values at  long  lags, while PACF exhibits a significant value at  lag 1. 

The  clear  indication  is  that  the  futures data are non‐stationary and  the data  first‐differenced. The 

ACF for the first‐differenced data has a significant value at lag 1 and the PACF decays rapidly.   

 

Based on  the Phillips‐Perron  test  for a unit  root,  the model  to be estimated  is based on  the data 

series as in the previous sections, but first differenced. The relationship of interest is the futures price 

f k (t+k) as a function of f k (t+k‐1), s (t) and o (t) for each market  individually. In order to understand 

the empirical  relationships between  the differenced variables of  interest, pair wise Granger  (1969) 

causality  tests.  For  the U.S.,  testing  variables  up  to  lag  3  gives  indications  of  causal  relationships 

between the differenced U.S. futures price on the lagged values of the variable itself, as well as weak 

evidence of causality from the futures variable, the differenced U.S. spot price, and the differenced 

oil  price  variable.  There  is  also  considerable  evidence  of  endogeneity  amongst  the  variables  of 

interest. That is, evidence that the spot wheat and oil prices are at lease contemporaneously related 

even  if strict causality is not indicated.  In particular, there is evidence of strong causality from both 

the futures price and the spot price to the differenced oil price. 

Page 16: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 15 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

15  

 

Using  the  STATA mgarch dcc  algorithm,  a GARCH  (1, 1) model  is estimated. The multivariate dcc‐

GARCH model  of  Engle  (2002)  allows  the  conditional  correlations  to  be  time  varying. Overall  the 

model  performs  reasonably  well.  The  differenced  oil  price  variable  is  significant.  The  ARCH  and 

GARCH terms are significant at any  level of confidence.   A    logarithmic transformation was applied, 

but  the  results  indicating  persistent  heteroscedasticity  were  not  significant  altered.  This  is  an 

observation to be held for comparison with the models for weekly and monthly data.  

 

To  test  the ex‐post  forecasting accuracy of  the U.S. model,  the sample  is divided  into  two periods, 

estimating  the  model  over  the  first  1129  observations  and  holding  out  the  remaining  379 

observations  for  forecasting.    It  is  well‐known  that  there  are many  issues  and  solutions  to  the 

selection  of  hold‐out  samples  and metrics  designed  for  testing  predictive  accuracy  of  time  series 

models. For purposes of this research, it seems reasonable that 75% of the observations are used for 

estimation  and  the  remaining  25%  for  out‐of‐sample  forecasting.    A  recent  discussion  of  related 

issues and solutions can be found in Fildes and Petropoulos (2013). The mean squared forecast error 

for the estimation period is 27.77. The mean squared forecast error for the hold‐out sample period is 

30.08, yielding an in‐sample to hold‐out ratio of .902.  

France 

The procedures applied  to  the U.S. daily data are  followed precisely using  the data  for France.   As 

above based on the ACF and PACF for the data series on the prices for futures contracts, the data are 

first differenced. The results for the Phillips‐Perron test for a unit root suggest estimation with first 

differences of the series for France, although differences of logarithms might also be considered.  

 Based on the Granger causality tests, it appears that the differenced futures series is caused by the 

lagged values of  itself  the differenced spot price series, but     not      the differenced oil price series. 

There  is     considerable     causality as between the differenced spot price, the futures price variables 

and the difference oil price.  Despite some ambiguity in the choice of transformation, the GARCH (1, 

1) specification  is estimated.   As reported  in Table 2, excepting for the ARCH and GARCH terms, the 

Page 17: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 16 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

16  

model has very  little explanatory power at least as a consequence of inclusion of the lagged futures 

price spot price and oil variables. 

 As  in the previous subsection,  in order to test the forecasting accuracy of the model, the sample  is 

divided into two periods; the first 1127 observations and holding out the remaining 381 observations 

for ex‐post      forecasting. Reestimation of  the model over  the  indicated sample period does yield a 

coefficient  estimate  on  spot  oil  significant  at  the  95  percent  confidence  level.  The mean  squared 

forecast error  for  the estimation period  is 6.25. The mean  squared  forecast error  for  the hold‐out 

sample period  is 15.03, yielding an  in‐sample to out‐of‐sample mean squared error ratio of ratio of 

.416. The result is not unusual given the generally poor performance of the model. 

 

4.2 Weekly Data 

United States 

The weekly aggregated time series data for the U.S. have an ACF which decays slowly and becomes 

insignificant  only  at  long  lags.  The  PACF  shows  a  significant  values  at  lag  1.    The  series  clearly 

indicates  significant  heteroscedasticity.  The  Peron‐Philips  test  for  a  unit  root  indicates  estimation 

with the first‐differenced series. 

  The  Granger  causality  tests  are  run  for  the  differenced  futures  price,  the  futures  price  lagged  1 

period, the spot price and the oil price variable. The results indicate that the differenced futures price 

is  Granger‐caused  by  its  own  lagged  value  as  well  as  the  differenced  spot  wheat  price  and  the 

differenced  spot  oil  price.  Further,  there  is  evidence  that  the  differenced  futures  price,  the 

differenced spot wheat price and differenced spot oil price is Granger caused by the other variables 

under consideration. Thus, as expected, endogeneity is an issue.   

 

A   GARCH (1, 1) model  is estimated using the weekly U.S. data.   The model seems to perform quite 

well  relative  to the daily model with the exception of the pronounced period of variation between 

periods  100  and  150.  In  order  to  test  the  forecasting  accuracy  of  the  model,  the  first  226 

Page 18: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 17 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

17  

observations are used  for estimation and  the  remaining 78 observations are used  to  test one‐step 

ahead forecasting accuracy.   The mean squared error of the forecasts over the estimation period  is 

95.19.  Interestingly, and owing to the volatility toward the end of the estimation period, the mean‐

squared  forecast error  for  the hold‐out period  is 78.05  resulting  in  the  in‐sample  to out‐of‐sample 

error ratio of 1.22.   

France 

The  weekly  aggregated  time  series  data  for  France  have  an  ACF  which  decays  and  becomes 

insignificant at  long  lags. The PACF shows two significant values at  lags 1 and 2. On the basis of this 

result and the Phillips‐Perron test, first differences of the series are used for estimation purposes.  

 

The results from the Granger causality tests are consistent with findings reported for the U.S. weekly 

data.  The GARCH  (1,  1)  specification  is  applied  to  the weekly  French  data.  That  is, while  there  is 

indication of  causality  from  the differenced  lagged  futures,  spot and oil prices,  the  reverse  is also 

indicated.    In order to test the forecasting accuracy of the weekly model, the first 226 observations 

are used for estimation purposes and one‐step ahead forecasts are generated for the remaining 78 

observations.  The mean  squared  forecast  error  for  the  in‐sample  estimation  is  29.46.  The mean 

squared forecast error for the out‐of‐sample horizon is 50.75. The in‐sample to out‐of‐sample mean 

squared error ratio is .580. 

 

4.3 Monthly  Data 

United States 

The time series are applied to the monthly U.S. data.  Based on the patterns of the ACF and PACF for 

the data series on the prices for futures contracts, the data are first differenced.  The ACF and PACF 

both show significant values at lag 1 and decay rapidly according to a sinusoidal pattern.  Consistent 

with previous findings, the data series show causality from the differenced and  lagged futures, spot 

and oil variables, but there is also pronounced evidence of two‐way causal relationships. 

Page 19: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 18 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

18  

The differenced wheat future series is approximately zero‐mean, and although some heteroscedastic 

behavior is evident, the volatility of the series has been smoothed considerably by aggregation.  The 

GARCH(1,1)  is  estimated  and  the  coefficient  estimates  are  insignificant  excepting  for  the  GARCH 

term.  Estimation  of  the  monthly  model  required  overriding  the  search  tolerance  to  achieve 

convergence. 

Forecasting performance of the model is tested based on using the first 49 data points for estimating 

the model and retaining the remaining 18 as a hold‐out sample. The mean‐squared forecast error for 

the estimation period  is 327.69.   For  the out‐of‐sample period  the mean‐squared  forecast error  is 

238.59. The in‐sample to out‐of‐sample ratio is 1.373. The results are consistent with findings for the 

weekly data.  

 

France  

Applying  the  time series procedures  to  the monthly data  for France yields an ACF which exhibits a 

sinusoidal  pattern  with  the  estimated  values  decreasing  at  increasing  lags.  The  PACF  exhibits  a 

significant value at lag 1.  Diagnostic checks indicate first‐differencing of the data series.  Testing the 

series for the presence of a unit root suggests the series is stationary.  

 

Granger causality tests estimated on the pairwise basis show evidence of two‐way causality between 

the  differenced  spot  price  and  the  differenced  futures  price.  There  is  also  significant  evidence  of 

causality from the differenced wheat futures and spot price to the differenced oil price. As with the 

U.S.  model  the  GARCH(1,1)  is  estimated  although  estimation  of  the  monthly  model  required 

overriding the search tolerance to achieve convergence 

 

In order  to compare  the model with other time series specifications on the basis of  forecast error, 

the monthly model is estimated using the first 49 data periods and the remaining 18 are used for ex‐

post forecasting.  The in‐sample mean squared forecast error is 17.93.  The one‐step ahead forecasts 

are generated for the 17 observations of the hold‐out sample.  The mean squared forecast error for 

Page 20: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 19 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

19  

the one‐step ahead  forecasts over  the hold‐out  sample  is 110.08,  yielding an  in‐sample  to out‐of‐

sample ratio of .163. Thus, the ratio is considerably smaller than the daily or weekly ratios. The poor 

out‐of‐sample performance is due to very large prediction errors in periods 58, 59 and 62.  

The  results  from estimation of  the dynamic models are shown  in Table 3. The sample sizes  for  the 

daily, weekly and monthly modes are 1538, 308 and 68,  respectively.   The symbol Δ denotes  first‐

difference  of  the  series.  These  results  show  standard  errors  of  the  coefficients  increasing  with 

aggregation  levels.    In  terms  of  forecasting  performance,  the  results  are  ambiguous.  For  the U.S. 

models out‐of‐sample squared forecast error  is greater that  in‐sample squared error, but  in sample 

squared  error  exceeds  out‐of‐sample  for  the weekly  and monthly models.    For  France,  the  data 

exhibit different behaviors at different  levels of aggregation. This  is consistently with the findings of 

Drost and Nijman (1993). 

INSERT TABLE 3 HERE 

 

 

5. Summary and Conclusions 

 

This paper analyzes empirically  the possible relationship between wheat  futures prices and spot oil 

prices as well as  the effects of  temporal aggregation on  the  specification of alternative models of 

wheat futures contract prices, and consequently, on the understanding of the empirical relationship 

between the two markets (e.g., wheat and oil).  Alternative models have been specified and tested. 

Key observations  from  this research  include the  fact  that  the wheat  futures prices and the spot oil 

prices are correlated as pointed out by Saghaian (2010). The fact that the random coefficient model 

leads  to  the  rejection of  the null hypothesis of parameter  constancy does bring  into question  the 

stability of that correlation, however.  

 

Page 21: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 20 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

20  

As to causality  is seems clear that temporal aggregation does  impact the relationships between the 

variables as well as the model coefficient estimates, standard errors and forecasting accuracy. With 

respect to coefficient estimates and the associated standard errors, consistent with theory, standard 

errors  tend  to  increase  with  the  level  of  aggregation,  so  there  are  coincident  implications  for 

accuracy and  inference.   Forecast accuracy  is also  impacted by aggregation, although  in the context 

of  this paper,  the  results  are mixed  as  concerns  relative  accuracy  as measured by  ratios of mean 

squared forecast errors using selected periods for model estimation and computing one‐step ahead 

forecast  for  a  hold‐out  sample.  The  hypothesis  that  the monthly  unit  of  aggregation  is  “optimal” 

based upon supply chain dynamics relating energy markets to food commodity prices does not find 

unequivocal support in this research suggesting future research. 

As concerns market homogeneity, at least for the specification tested in this research, it appears that 

conventional ordinary  least  squares  (OLS) models using pooled data will be misspecified owing  to 

nonconstancy  of  the  parameter  estimates  indicated  by  application  of  the  Swamy  (1970)  random 

coefficient  model.  Finally,  consideration  of  a  dynamic  specification  confirms  the  importance  of 

intertemporal effects. 

 

From  a  practical  perspective,  it  is  clear  that  so‐called  reverse  regressions  can  be  useful  for 

understanding and predicting prices of futures contracts and the relationship, contemporaneous and 

causal,  to  other  markets.  However,  the  degree  of  significance  of  the  relationship  varies  and 

awareness of the effects of temporal aggregation is required owing to the deterioration of coefficient 

estimates as aggregation  increases.   Such aggregation effects impact understanding the relationship 

between markets. With respect to forecasting, this research points clearly toward the importance of 

using  historical  data  to  test  forecast  accuracy  for  specific  series  at  alternative  aggregation  levels 

before  generating  out‐of‐sample  predictions.  As  concerns  future  research,  the  authors  intend  to 

extend  the  analysis with  respect  to methodology by applying  the approach  taken  in  this paper  to 

understanding the relationships between other energy prices and those of other food commodities.   

 

Page 22: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 21 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

21  

Acknowledgements  The  authors  wish  to  thank  James  L.  Smith,  Southern  Methodist  University;  C.F.  Lee,  Rutgers University; Octavio Escobar, ESG Management School; Ted Bos, University of Alabama‐Birmingham; Josse Roussel, Université Paris Dauphine as well as the Editor and an anonymous referee for helpful comments and criticisms.  

References 

Baffles, J. (2007), “Oil Spills on Other Commodities”, Resources Policy, 32, 126‐134. 

Black, S. (1976), “Rational Response to Shocks in a Dynamic Model of Capital Asset Pricing,” American Economic Review, 66, 767‐779. 

Bollerslev,  T.,  Engle,  R.F.  and Nelson,  DB.  (1994),  “ARCH Models”,  in Handbook  of  Econometrics; Volume IV, ed. R.F. Engle and D.L. McFadden, New York: Elsevier. 

Campbell,  J.Y. and Shiller, R.S.  (1987), “Cointegration and Tests of Present Value Models”, Journal of Political Economy, 95 (5), 1062‐1088. 

Cartwright,  P.  and  Lee  C.F.  (1987),  “Time  Aggregation  and  the  Estimation  of  the Market Model: Empirical Evidence”, Journal of Economic and Business Statistics, 5, 131‐143. 

Chen, S.W. and Lin, S.M. (2013), “Non‐linear Dynamics in International Resource Markets: Evidence from Regime Switching Approach”, Research in International Business and Finance, 30, 233‐247.  Chen, Y., Rogoff, K. and Rossi, B. (2008), “Can Exchange Rates Forecast Commodity Prices?”, National Bureaus of Economic Research, Working Paper 13901.  Dornbusch,  R.  (1976),  “Expectations  and  Exchange  Rate  Dynamics,”  Journal  of  Political  Economy, December, 1161‐1176. 

Drost, F.C. and Nijman, T.E. (1993), “Temporal Aggregation of GARCH Processes,” Econometrica, 61, 909‐927. 

Durbin,  J.C.  (1970),  “Testing  for Serial Correlation  in  Least Squares Regressions When Some of  the Regressors are Lagged Dependent Variables”, Econometrica, 38, 410‐421. 

Engel, C. and   West, K.D. (2005), “Exchange Rates and Fundamentals”, Journal of Political Economy, 113, 485‐517.  Engle,  R.F.  (2002),  “Dynamic  Conditional  Correlation:  A  Simple  Class  of Multivariate  Generalized Autoregressive Conditional Heteroscedasticity Models”, Journal of Business and Economic Statistics, 20, 339‐350.  Engle, R.F. and Liu, T.C.  (1972), "Effects of Aggregation Over Time on Dynamic Characteristics of an Econometric Model"  in  Econometric Models  of    Cyclical  Behaviour,  ed.  B.G.Hickman  New  York: Columbia University Press, pp.673‐728.  Fildes,  R.  and  Petropoulos,  F.  (2013),  An  evaluation  of  simple  forecasting model  selection  rules,” Lancaster University Management School, Working Paper 2013:2, Lancaster University Management School, Department of Management Science, Lancaster, U.K.  Granger,  C.W.J.  and  Newbold,  P.  (1986),  Forecasting  Economic  Time  Series,  2nd  ed.,  London: Academic Press. 

Page 23: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 22 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

22  

 Granger, C.W.J. (1969). "Investigating Causal Relations by Econometric Models and Cross‐spectral Methods". Econometrica ,37 (3),  424–438.  Index Mundi (2013), “Crude Net Balance by Country, 2009”. Available at http://www.indexmundi.com/blog/index.php/2013/05/03/crude‐oil‐exports‐and‐imports‐by‐country/  International Grains Council  (2013),  Information Services. Available at http://www.igc.int. Accessed November 1, 2013.  Judge, G.G., Griffith, W.E., Hill, R.C., Lütkepohl, H. and Lee, T.C.  (1985), The Theory and Practice of Econometrics, 2nd edition, New York: John Wiley.  Knittel, C.R.   and Pindyck, R.  (2013), “The simple Economics of Commodity Price Speculation”, MIT Center for Energy and Environmental Policy Research, CEEPR WP 2013‐06.  Lütkepohl, H. (2005), New Introduction to Multiple Time Series Analysis, Berlin: Springer.  Marcellino, M. (1999), “Some Consequences of Temporal Aggregation in Empirical Analysis”, Journal of Business and Economic Statistics, 17, 1, pp. 129‐136.  Merton, R.C. (1976), “An Intertemporal Capital Asset Pricing Model”, Econometrica, 41, pp. 867‐887.  Nelson, D.B. (1990), “ Stationarity and persistence in the GARCH(1,1) model”, Econometric Theory, 6, pp. 318–334.  Muhammed,  A.  and  Kebede,  E.  (2009),  “The  Emergence  of  an  Agro‐Energy  Sector:  Is  Agriculture Importing Instability from the Oil Sector?”, Choices, 24, 1, pp. 12‐15.  Pindyck,  R.  (2001),  “Dynamics  of  Commodity  Spot  and  Futures Markets:  A  Primer”,    The  Energy Journal, 22, 3, pp. 1‐29.  Posner, R. (2013), “Commodity Price Fluctuations‐Posner”, The Becker‐Posner Blog. August 4, 2013.  Available at  http://www.becker‐posner‐blog.com/2013/08/commodity‐price‐fluctuationsposner.html.   Accessed July 23, 2013.  Roberts, M.J. and Schlenker, W.    (2013), “Identifying Supply and Demand Elasticties of Agricultural Commodities:  Implications  for  the US  Ethanol Mandate”,  The American  Economic Review,  103,  6, 2265‐2295.  Robledo,  C.W.  (2002),  Dynamic  Econometric  Modeling  of  the  U.S.  Wheat  Grain  Market,  Ph.D. Dissertation, The Department of Agricultural Economics and Agribusiness, Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College.  Rowe, R. (1976), “The Effects of Temporal Aggregation Over Time on T‐Ratios and R2’s”, International Economic Review, 17, pp. 751‐757. 

Saghaian, S. H. (2010), “The Impact of the Oil Sector on Commodity Prices:  Correlation or Causation”,  Journal of Agricultural and Applied Economics, 42, 3, 477‐485. 

Silvestrini, A. and  Veredas, D. ( 2005), "Temporal Aggregation of Univariate Linear Time Series Models”,  Core Discussion Papers 2005059,  Université catholique de Louvain, Center for Operations Research and Econometrics (CORE). 

Page 24: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 23 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

23  

Slate Magazine (2012), “Agricultural Exports and Imports”. Available at http://www.slate.com/articles/technology/future_tense/2012/06/a_map_of_farmers_in_the_u_s_and_world_.html.  STATA, Longitudinal Data/Panel Data, Release 12 (1985‐2011), College Station: Stata Press.  STATA, Time Series, Release 12 (1985‐2011), College Station: Stata Press.  Swamy,  P.A.V.B.  (1970),  “Efficient  Inference  in  a  Random  Coefficient  Regression  Model”, Econometrica, 38, 311‐ 323.  Woertz,  E.  (2013),  “Oil  For  Food:  Big  Business  in  the Middle  East”,  The World  Financial  Review. Available at  http://www.worldfinancialreview.com/?p=2773. Accessed October 23, 2013.  

Page 25: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 24 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

24  

      

TABLES TO ACCOMPANY 

 Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices 

  Table 1. Descriptive Statistics   Series                           Period           Observations         Mean           Std Dev         Min            Max        Wheat Futures, US         Daily                    1537               240.46             59.72       132.24      443.34 Wheat Spot, US              Daily                    1537                223.81             64.54        118.36      469.76 Wheat Futures, FR         Daily     1537            169.88             38.82          88.70      263.31   Wheat Spot, FR              Daily    1537            173.94             49.11        108.75      292.75 Brent Oil Spot                 Daily    1537              81.43             22.44           36.61     146.08    Wheat Futures, US        Weekly                  308               240.49             59.83         133.52     423.34 Wheat Spot, US              Weekly                 308                223.75             64.35         120.30     443.63 Wheat Futures, FR         Weekly      308            169.88             38.82         105.79     252.90   Wheat Spot, FR              Weekly      308            173.90             49.07         109.00     290.65 Brent Oil Spot                 Weekly       308              80.95             22.73           31.36      142.71    Wheat Futures, US        Monthly                  68                 239.27              60.51        135.53     386.53 Wheat Spot, US              Monthly                  68                 223.31             65.51         122.91     400.45 Wheat Futures, FR         Monthly      68             171.22              40.05         111.20     255.66 Wheat Spot, FR              Monthly                  68             174.91              49.98         110.04     275.85 Brent Oil Spot                 Monthly         68               80.10               22.02           43.11     135.00   

Page 26: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 25 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

25  

Table 2. Summary Temporal Aggregation Effects, U.S. and France, 2006‐2011a 

     

                              Daily  n=1508                  Weekly  n=304                      Monthly  n=68  United States 

β  δ    β  δ  β  δ       

Basic Model (FGLS) 

 .04 b (.02) 

   ‐.02  (.05) 

  .29c (.09) 

       

Extended Model (FGLS) Root MSE     

 .04 b  (.02)   5.27 

    .02    (.08) 

‐.002 ( .048)    9.36 

 .64c (.12) 

.31b (.09) 

17.84 

  .72c (.29)   

     

                   France                   

Basic Model (FGLS)  

  .001   (.02) 

   .10c (.05)  

   .77c  (.03) 

       

Extended Model (FGLS) Root MSE 

‐.002   (.02)    2.91            

 .03  (.04) 

.12c (.04)  5.35 

‐.15c   (.07) 

  .76 c (.03)  6.85 

.13c (.07)     

     

Random Coefficient Model (Pooled) 

 .54c              (.05 ) 

 .90 c (.39) 

 .63c (.04) 

 .68 (.34) 

 .70c (.02) 

 .17 (.17) 

     

 a Standard errors are shown below the regression coefficient estimates in parentheses. b Indicates significance at the 10 percent level or better.  cIndicates significance at the 5 percent level or better.      

 

 

 

 

Page 27: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 26 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

26  

 

Table 3 . Summary Temporal Aggregation Effects, GARCH (n, p) U.S. and France, 2006‐2011a 

                                                               Daily                                    Weekly                                Monthly 

U.S.  t=1508  t=304  t=67 

Coefficient (variable) 

       

Δf(t+k‐1)   ‐.05 b                ( .03) 

‐.15 b                (.06) 

‐.09   (.23) 

Δs(t)  .0001                ( .02) 

      ‐.023 b                  (.04) 

 .18                   (.19) 

Δo   .03                  (.07) 

  

   .38 b                 ( .11) 

 .20 (.35) 

ARCH(1)     .08 b (.01) 

    .16 b (.04) 

.24 (.19) 

GARCH(1)      .92 b  (.01) 

     .84 b   (.04) 

.65 b (.29) 

MSFE (in‐sample) /MSFE(hold‐out) 

  .90  1.82  1.37 France 

Coefficient (variable) 

       

Δf(t+k‐1) 

                                  .03                (.03) 

   .31 b (.06) 

                 ‐.03 ( .24) 

Δs(t)                   .01                 (.02) 

                  .03 ( .05) 

                  .12    (.20) 

Δo .03 

                (.03)                  ‐.01 b 

( .04)                   . 07 

(.35)         

ARCH(1)  .22 b 

                (.02)     .32 b                           

(.07) ‐.01 (.03) 

GARCH(1)   .83 b (.01) 

 .72 b (.04) 

1.05 b (.42) 

MSFE (in‐sample) /MSFE(hold‐out)***  .42  .58  .16 

  aStandard errors are shown below the regression coefficient estimates in parentheses. b Indicates significance at the 5 percent level or better. 

Page 28: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 27 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

27  

Highlights  

Wheat futures and oil prices are correlated, but not necessarily causally related 

Correlation between market prices appears unstable 

Temporal aggregation does impact the relationships between the market  variables 

Temporal aggregation impacts  estimates, standard errors and forecasting accuracy 

Reverse regressions  are useful  for understanding prices of futures contracts 

 

Page 29: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 28 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure 1. Price, U.S. Wheat Futures, Daily

Page 30: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 29 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

100.

0020

0.00

300.

0040

0.00

500.

00P

rice,

U.S

. Whe

at S

pot U

SD

/MT

0 500 1000 1500Time/Days

Figure 2. Price, U.S. Wheat Spot, Daily

Page 31: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 30 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

4060

8010

012

014

0B

rent

Spo

t Pric

e U

SD

/BB

L

0 500 1000 1500Time/Days

Figure 3. Price, Brent Oil Spot, Daily

Page 32: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 31 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

150

200

250

300

350

400

Pric

e, U

.S. W

heat

Fut

ures

US

D/M

T

0 100 200 300Time/Weeks

Figure 4. Price, U.S. Wheat Futures,Weekly

Page 33: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 32 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

4060

8010

012

014

0B

rent

Spo

t Pric

e U

SD

/BB

L

0 100 200 300Time/Weeks

Figure 5. Price, Brent Oil Spot, Weekly

Page 34: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 33 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

150

200

250

300

350

400

Pric

e, U

.S. W

heat

Fut

ures

US

D/M

T

0 20 40 60 80Time/Months

Figure 6. Price, U.S. Wheat Futures, Monthly

Page 35: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 34 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

4060

8010

012

014

0B

rent

Spo

t Pric

e U

SD

/BB

L

0 20 40 60 80Time/Months

Figure 7. Price, Brent Oil Spot, Monthly

Page 36: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 35 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

0.00

100.

0020

0.00

300.

0040

0.00

500.

00

0 500 1000 1500Time/Days

US Daily Wheat Futures Price USD/MT US Daily Wheat Spot Price USD/MT

Daily Brent Oil Spot Price USD/BBL

Graphical Abstract_ Measuring the effect of oil prices on wheat

Page 37: Measuring the effect of oil prices on wheat futures prices

Page 36 of 36

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Measuring the Effect of Oil Prices on Wheat Futures Prices* 

Phillip A. Cartwrighta,* ,   Natalija Riabkob                                                                  aESG Management School, Paris, France bFranceAgriMer, Market Studies Department                                          

ABSTRACT  This research  lends  insight  into the empirical validity of reverse regressions hypothesizing that spot prices today help to predict forward rates in the future.  This paper analyzes the possible relationship between  wheat  futures  prices  and  spot  oil  prices  considering  the  importance  of  the  effects  of temporal  aggregation  and  alternative model  specification  for  the  understanding  of  the  empirical relationships between the two markets. Evidence  indicates  that  model  specification  and  time  series  aggregation  over  daily,  weekly  and monthly aggregations influence standard errors on parameter estimates as standard errors are likely to  increase  with  aggregation.  Therefore,  t‐ratios  are  likely  to  change  as  well.    Further,  while goodness‐of‐fit  measures  might  increase  with  aggregation,  forecast  accuracy  with  macro‐level aggregations  might  deteriorate  owing  to  information  loss.  The  results  indicate  the  presence  of contemporaneous  causality  between  the  variables  of  interest,  however,  the  presence  of  strict causality is mixed and the results do vary with units of time aggregation.  Key Words: wheat prices, crude oil prices, temporal aggregation, causal structure, forecasting 

JEL Classifications: Q1, Q4, G1, D4, C1 

*Corresponding author at :  ESG Management School, Paris, France. Tel: +33 622699665 Email addresses:  [email protected]  (P. Cartwright), [email protected]  (N. Riabko)