Towards increased, connected, and equitable green welfare: Landscape connectivity analysis for urban green space planning = 녹지의 확대와 연결, 그리고 공평한 녹색 복지를 위해: 도시 녹지공간 계획을 위한 경관연결성 분석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Green spaces play a critical role in delivering ecological benefits and enhancing human well-being in urban environments. However, challenges related to their quantity, size, and spatial distribution often reflect deeper systemic problems, such as fragmented connectivity, unclear conservation and restoration strategies, and significant social and spatial inequities. Despite growing attention to urban green infrastructure, existing research still lacks a comprehensive integration of ecological and social dimensions in green space planning. In particular, landscape connectivity, which is essential for maximizing ecological functions and ensuring equitable access, remains largely underexplored.
This study proposes an integrated framework to advance urban green space planning toward increased, connected, and equitable green welfare. By employing connectivity analysis alongside spatial equity metrics, we identify priority areas for green space conservation and restoration that address both ecological needs and social considerations. Using a multidisciplinary approach, we evaluate the current distribution and connectivity of urban green spaces and assess their capacity to support biodiversity, enhance carbon sequestration, improve green space accessibility, and promote urban green equity. The research is structured around four case study sites, each offering distinct insights into the challenges and opportunities for integrated green space planning in diverse urban contexts.
The first part of the study (Chapter 2) was conducted in the Beijing-Tianjin-Hebei metropolitan area of China. In this part, I incorporated landscape connectivity theory to construct a green ecological network and analyzed its topological features and landscape patterns. This work was part of a published paper which subsequently examined the relationship between the topological index of network nodes and the landscape pattern index of ecological source areas, as well as an assessment of the node’ contributions to overall carbon stock through correlation analysis between the carbon stock of nodes and sources. It provides a scientific and quantifiable reference for identifying potential green ecological networks in sustainable cities and optimizing their structural design. This part also serves as a preliminary study for the following part (Chapter 5), which focuses on developing the urban green space network.
The second part (Chapter 3), conducted a case study in Seoul, South Korea, where we initially quantified the landscape connectivity changes from 2001 to 2018 using the probability of connectivity (PC) and integral index of connectivity indices. Subsequently, we calculated the importance of each forest patch for four different years and ranked the potential contribution of each patch based on data from 2018 using the delta values for PC index (dPC). Our results showed that forest landscape connectivity in Seoul increased significantly from 2001 to 2018. In all four years, the ten forest patches with the highest dPC values remained nearly unchanged and were large in size; however, the individual area of each patch was not strictly related to its importance for connectivity. Based on these findings, we further examined the potential effect that the afforestation of habitat patches smaller than 20 hectares would have on the overall forest landscape connectivity in Seoul. We also identified the 50 most important patches for afforestation using six land use and land cover types to provide a guide for effective afforestation efforts in Seoul.
The third part of the study (Chapter 4) was conducted in Austin City, Texas, USA. We addressed green space equity by examining both the coverage and connectivity of urban green space (UGS). Specifically, we used very high-resolution land cover and tree canopy cover data, census data with key socioeconomic and demographic statuses (e.g., age group, income race/ethnicity, the Areal Deprivation Index), which were all analyzed at the block group (n= 612) after removing those block groups with a population of less than 500 and a median household income of $0. Our findings indicate, first, that UGS connectivity is positively correlated with UGS accessibility. Second, disparities exist in both UGS connectivity and accessibility. Third, there is a positive correlation between UGS spatial patterns and both accessibility and connectivity. The specific spatial patterns that have a significant influence include park coverage, tree canopy connectivity, and mixed vegetation connectivity. Based on these results, we conducted spatial regression analysis to identify census block groups with low levels of accessibility and connectivity. These were then overlaid with groups where improvements in park coverage, tree canopy connectivity, and mixed vegetation connectivity could most effectively enhance UGS accessibility and connectivity. Addressing equity through the lens of landscape connectivity offers a practical and impactful approach to promoting a fairer distribution of green spaces, particularly from a needs-based perspective.
In the fourth part (Chapter 5), conducted in Suwon City, South Korea, urban green space networks were developed in Suwon City, South Korea, using Linkage Mapper. The spatial extent for corridor construction was identified through a weighted overlay analysis, considering the current quality of corridors in terms of biodiversity and green space provision for people. Findings indicate the identification of a total of 101 sources and 148 corridors. Additionally, 44 pinch points and 8 barrier points were determined, representing strategic points for conservation and restoration, respectively. The total area of potential additional green space is 3,087.02 ha. Of this, the general, critical, and priority restoration areas are 896.60, 977.64, and 1,212.78, respectively. Spatial characteristic analysis revealed that residential, roadside greening, and arable land were the primary types of urban green space with restoration potential, accounting for 31.06%, 20.16%, and 12.33% of the priority areas, respectively. Our study offers fresh ideas for developing urban green space networks by integrating the accessible aspect and providing spatial guidance for corridor implementation. This supports a city in achieving a win-win scenario for biodiversity conservation and the equitable distribution of urban green spaces.
This study proposes targeted interventions to enhance the ecological and social benefits of urban green spaces. These include identifying priority areas for afforestation, establishing green networks, delineating the spatial extent of urban corridors, and prioritizing equity in the tree canopy connectivity. Our findings lay the groundwork for the future development of urban green networks and contribute to the growing discourse on sustainable and equitable urban planning by highlighting the value of landscape connectivity analysis in green space interventions.

국문 초록 (Abstract)

도시 환경에서 녹지 공간은 생태적 혜택을 제공하고 인간의 웰빙을 증진하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 녹지의 수량, 규모, 공간적 분포와 관련된 문제는 종종 단절된 연결성, 불분명한 보존 및 복원 전략, 그리고 심각한 사회적·공간적 불평등과 같은 보다 근본적인 구조적 문제를 반영한다. 도시 녹지 인프라에 대한 관심이 증가하고 있음에도 불구하고, 현재의 연구는 여전히 생태적 및 사회적 요소를 포괄적으로 통합한 녹지 계획이 부족한 실정이다. 특히, 생태 기능을 극대화하고 공정한 접근을 보장하는 데 필수적인 경관 연결성은 여전히 충분히 탐구되지 않고 있다.
본 연구는 도시 녹지 복지를 확대하고, 연결성을 강화하며, 공평성을 증진하기 위한 통합적 녹지 공간 계획 프레임워크를 제안한다. 연결성 분석과 공간적 형평성 지표를 함께 활용하여 생태적 요구와 사회적 고려를 모두 충족하는 녹지 보전 및 복원 우선 지역을 도출한다. 다학제적 접근을 통해 도시 녹지 공간의 현재 분포와 연결성을 평가하고, 생물다양성 지원, 탄소 격리 증진, 녹지 접근성 향상, 도시 녹지 형평성 촉진 능력을 검토한다. 연구는 서로 다른 도시 환경에서 통합적 녹지 공간 계획의 과제와 기회를 보여주는 네 개의 사례 연구 지역을 중심으로 구성되었다.
연구의 첫 번째 부분(2장)은 중국 베이징-톈진-허베이 대도시권에서 수행되었다. 이 부분에서는 경관 연결성 이론을 도입하여 녹색 생태 네트워크를 구축하고 그 위상학적 특성과 경관 패턴을 분석하였다. 이 연구는 이후에 발표된 논문의 일부로, 네트워크 노드의 위상 지수와 생태 기원 지역의 경관 패턴 지수 간의 관계를 검토하고, 노드와 기원의 탄소 저장량 간 상관분석을 통해 노드가 전체 탄소 저장량에 기여하는 정도를 평가하였다. 이는 지속 가능한 도시에서 잠재적 녹색 생태 네트워크를 식별하고 구조 설계를 최적화하는 데 과학적이고 정량적인 참고 자료를 제공한다. 또한, 이 부분은 도시 녹지 네트워크 개발에 초점을 맞춘 후속 연구(5장)를 위한 예비 연구로서의 역할을 한다.
연구의 두 번째 부분(3장)은 대한민국 서울에서 수행된 사례 연구로, 2001년부터 2018년까지 경관 연결성 변화를 연결성 확률(PC) 및 통합 연결성 지수(Integral Index of Connectivity)를 이용해 정량화하였다. 이후, 네 개 연도별로 각 산림 패치의 중요도를 계산하고, 2018년 데이터를 기반으로 PC 지수 변화량(dPC)을 활용해 각 패치의 잠재적 기여도를 순위화하였다. 연구 결과, 서울의 산림 경관 연결성은 2001년부터 2018년까지 크게 증가한 것으로 나타났다. 네 연도 모두 dPC 값이 가장 높은 상위 10개 산림 패치는 크기가 크고 거의 변하지 않았으나, 개별 패치 면적과 연결성 중요도 간에는 엄격한 상관관계가 없었다. 이러한 결과를 바탕으로 20헥타르 미만의 서식지 패치 조림이 서울 전체 산림 경관 연결성에 미칠 잠재적 영향을 추가 분석하였다. 또한, 여섯 가지 토지 이용 및 피복 유형을 활용하여 서울에서 효과적인 조림을 위한 50개의 가장 중요한 패치를 선정하였다.
연구의 세 번째 부분(4장)은 미국 텍사스주 오스틴시에서 수행되었다. 본 연구에서는 도시 녹지 공간(UGS)의 면적과 연결성 모두를 분석하여 녹지 형평성을 다루었다. 특히, 매우 고해상도 토지 피복 및 수관 피복 데이터와 인구 조사 자료(연령대, 소득, 인종/민족, 지역 빈곤 지수 등 주요 사회경제적·인구학적 변수 포함)를 블록 그룹 단위(n=612)로 분석하였으며, 인구 500명 미만이거나 중위 가구 소득이 0달러인 블록 그룹은 제외하였다. 연구 결과, 첫째, UGS 연결성과 접근성은 정(+)의 상관관계를 보였다. 둘째, UGS 연결성과 접근성 모두에서 격차가 존재하였다. 셋째, UGS 공간 패턴은 접근성과 연결성 모두와 긍정적인 상관관계를 나타냈다. 특히, 공원 면적, 수관 연결성, 혼합 식생 연결성이 유의한 영향을 미치는 공간 패턴으로 확인되었다. 이러한 결과를 바탕으로 공간 회귀분석을 수행하여 접근성과 연결성이 낮은 인구 조사 블록 그룹을 도출하였으며, 이를 공원 면적, 수관 연결성, 혼합 식생 연결성 개선이 UGS 접근성과 연결성 향상에 가장 효과적인 그룹과 겹쳐 분석하였다. 경관 연결성 관점에서 형평성을 다루는 것은 특히 필요 기반 관점에서 녹지 공간의 공정한 분배를 촉진하는 실질적이고 영향력 있는 접근법을 제공한다.
연구의 네 번째 부분(5장)은 대한민국 수원시에서 수행되었으며, Linkage Mapper를 활용하여 도시 녹지 공간 네트워크를 개발하였다. 생물다양성과 시민을 위한 녹지 제공 측면에서 현재 생태통로의 질을 고려한 가중 중첩 분석을 통해 통로 구축을 위한 공간 범위를 도출하였다. 연구 결과 총 101개의 생태 기원지와 148개의 생태통로가 확인되었으며, 보존과 복원을 위한 전략적 지점으로 각각 44개의 병목 지점과 8개의 장벽 지점이 도출되었다. 잠재적 추가 녹지 공간의 총 면적은 3,087.02 헥타르이며, 일반 복원 지역은 896.60 헥타르, 중요 복원 지역은 977.64 헥타르, 우선 복원 지역은 1,212.78 헥타르로 구분된다. 공간 특성 분석 결과 주거지, 도로변 녹지, 경작지가 복원 잠재력을 가진 주요 도시 녹지 유형으로 각각 우선 복원 지역의 31.06%, 20.16%, 12.33%를 차지하는 것으로 나타났다. 본 연구는 접근성 측면을 통합하고 생태통로 구현을 위한 공간적 지침을 제공함으로써 도시 녹지 공간 네트워크 개발에 새로운 아이디어를 제시하며, 이는 생물다양성 보전과 도시 녹지 공간의 공평한 분배라는 상생 시나리오 달성을 지원한다.
본 연구는 도시 녹지 공간의 생태적 및 사회적 혜택을 증진하기 위한 맞춤형 개입 방안을 제안한다. 여기에는 조림 우선 지역의 식별, 녹지 네트워크 구축, 도시 생태통로의 공간 범위 설정, 그리고 수관 연결성에서 형평성 우선순위 지정이 포함된다. 연구 결과는 도시 녹지 네트워크의 미래 발전을 위한 토대를 마련하며, 녹지 공간 개입에서 경관 연결성 분석의 중요성을 부각시켜 지속 가능하고 공평한 도시 계획에 관한 논의에 기여한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract 03
• List of Figures 10
• List of Tables 14
• Chapter 1. Introduction 15
• 1.1. Background 15
• 1.1.1 Definition 15
• 1.1.2 Analyzing the connectivity of urban green spaces 17
• 1.1.3 Compared to the quality and quantity, the importance of landscape connectivity of green spaces 19
• 1.1.4 The importance of landscape connectivity in urban planning 20
• 1.1.5 Different types of green spaces in urban areas 21
• 1.1.6 Priority measures for green space conservation and restoration 22
• 1.1.7 Green space management by addressing ecological and social concerns 22
• 1.1.8 Current examinations of green space equity and limitations 23
• 1.2. Purpose 25
• 1.3. Structure 27
• Chapter 2. Landscape connectivity as a tool for constructing and analyzing urban green ecological networks to enhance carbon sinks: Beijing-Tianjin-Hebei Metropolitan area as a case study 36
• 2.1. Introduction 36
• 2.2. Materials and methods 38
• 2.2.1 Study area 40
• 2.2.2. Data sources 41
• 2.2.3. Methodology 42
• 2.3. Results 45
• 2.3.1 Building and analyzing ecological spatial networks 45
• 2.3.2 Network-based analysis 49
• 2.4. Discussion 52
• Chapter 3. Forest landscape connectivity to prioritize afforestation in urban ecosystems: Seoul as a case study 56
• 3.1. Introduction 56
• 3.2. Methods 60
• 3.2.1 Study area 60
• 3.2.2 Data acquisition and analysis 61
• 3.2.3 Threshold distance selection 62
• 3.2.4 Connectivity analysis 63
• 3.2.5 The identification of candidate patches for afforestation 65
• 3.3. Results 67
• 3.3.1 Dynamics of overall forest landscape connectivity 67
• 3.3.2 The ten most important forest patches 68
• 3.3.3 Afforestation priorities within the urban ecosystem 71
• 3.4. Discussion 75
• 3.4.1 The application of forest landscape connectivity in prioritizing patches 75
• 3.4.2 Importance of small patches in maintaining connectivity 77
• 3.4.3 Urban ecosystem restoration for enhancing forest landscape connectivity 78
• Chapter 4. Integrating landscape connectivity into the urban greenery equity: A case of Austin, Texas, USA 80
• 4.1. Introduction 80
• 4.2. Materials and Methods 83
• 4.2.1 Study area and data sources 84
• 4.2.2 Measuring the UGS accessibility and its spatial distribution 86
• 4.2.3 Measuring spatial pattern of UGS including coverage and connectivity 87
• 4.2.4 Statistical and spatial analyses 87
• 4.3. Results 89
• 4.3.1 UGS accessibility and its spatial distribution 89
• 4.3.2 Descriptive results of key socioeconomic and demographic factors, as well as UGS coverage and connectivity 90
• 4.3.3 Bivariate analyses 93
• 4.3.4 Mapping key census blocks to improve urban green equity 95
• 4.4. Discussion 100
• Chapter 5. Integrating biodiversity and accessibility in urban green space network development toward equitable green welfare: A case of Suwon City, South Korea 103
• 5.1. Introduction 103
• 5.2. Materials and methods 106
• 5.2.1 Study area 106
• 5.2.2 Data sources 108
• 5.2.3. Methodological overview 108
• 5.2.4 Sources identification 109
• 5.2.5 Resistance surface 111
• 5.2.6 Network construction 112
• 5.2.7 Delimitation of the spatial extent of corridors 113
• 5.3. Results 116
• 5.3.1 Identified sources 116
• 5.3.2 Constructed resistance surface 117
• 5.3.3 Analysis of sources, corridors, and strategic points 118
• 5.3.4 Spatial extent of corridors 120
• 5.4. Discussion 126
• 5.4.1 Practicality for UGS network development 126
• 5.4.2 Integration of ecological and accessible perspectives 127
• 5.4.3 Guidelines and recommendations 128
• 5.5. Appendix S for Supplemental Materials 130
• Chapter 6. Conclusion 139
• 6.1. Chapter-based insights for urban green space planning 140
• 6.2. Cross-case reinforcement and integrated understanding 144
• 6.3. The role of landscape connectivity in urban green space planning 145
• 6.4. Planning uniquely: integrating landscape connectivity and local context 149
• 6.5. From local cases to broader implications for global urban green space planning and policy recommendations 151
• Publications 153
• Bibliography 154
• Abstract in Korean 171