Incorporating Dynamic Heat Adaptation Objectives into Urban Green Infrastructure Pathways = 단계적 열 적응 목표가 통합된 도시 그린 인프라 경로

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Climate change necessitates adaptive planning approaches that account for evolving risks and objectives. This study proposes a goal-oriented adaptation pathway for urban heat mitigation by incorporating the dynamics of human heat tolerance into stepwise objective setting. Using the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II), we derived four pathways corresponding to no, low, medium, and high increases in the threshold temperature at which heat-related mortality occurs. Green infrastructure (GI) technologies—semi-intensive green roofs, street trees, and greenways—were optimized for a vulnerable district in Seoul, Korea, considering trade-offs between cost and cooling effects. Results indicate that pathways with fixed objectives (no adaptation) require substantially greater GI deployment and incur higher long-term costs compared to stepwise pathways that incorporate evolving adaptation levels. For instance, by 2050 the total cost of the no-adaptation pathway was more than twice that of the medium-adaptation pathway. These findings demonstrate that embedding dynamic, stepwise objectives into adaptation pathways not only improves fiscal efficiency but also supports more sustainable and resilient planning. This study contributes a methodological framework that explicitly links health-based adaptation targets with urban cooling strategies, while emphasizing the need for stronger evidence on heat tolerance trajectories to reduce planning uncertainty.

국문 초록 (Abstract)

기후 변화는 변화하는 위험과 목표를 반영하는 적응적 계획 접근법을 요구한다. 본 연구는 인간의 열 내성(human heat tolerance)의 변화를 단계적 목표 설정 과정에 통합함으로써, 도시 열 완화를 위한 목표 지향적 적응 경로(goal-oriented adaptation pathway)를 제안한다. Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II(NSGA-II)를 활용하여, 열 관련 사망이 급증하는 임계온도의 증가 수준(없음, 낮음, 중간, 높음)에 대응하는 네 가지 적응 경로를 도출하였다. 서울의 한 취약 지역을 대상으로, 옥상녹화 및 가로녹화 등의 녹색 인프라(Green Infrastructure, GI) 기술을 비용과 냉각 효과 간의 상충 관계(trade-off)를 고려하여 최적화하였다. 분석 결과, 고정된 목표(비적응 경로)를 유지하는 경우, 단계적 목표를 반영한 적응 경로에 비해 훨씬 더 많은 녹색 인프라 구축이 필요하며 장기 비용도 높게 나타났다. 예를 들어, 2050년 기준으로 비적응 경로의 총비용은 중간 수준 적응 경로보다 두 배 이상이었다. 이러한 결과는 동태적이며 단계적으로 발전하는 목표를 적응 경로에 내재화하는 것이 재정 효율성을 높일 뿐 아니라, 보다 지속가능하고 회복력 있는 계획 수립을 지원함을 보여준다. 본 연구는 건강 기반의 적응 목표를 도시 냉각 전략과 명시적으로 연계하는 방법론적 틀을 제시하며, 계획상의 불확실성을 줄이기 위해 열 내성 변화 경향에 대한 보다 확실한 근거 확보의 필요성을 강조한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Literature review 3
• Chapter 3. Materials and methods 7
• 3.1. Selection of green infrastructure (GI) as adaptation strategies 8
• 3.2. Study site 10
• 3.3. Setting step-wise objectives for the pathway 11
• 3.3.1. Decision variable of the pathway 11
• 3.3.2. Step-wise objectives based on the trend in the threshold temperature for heat-mortality surges 12
• 3.4. Deriving the optimal adaptation pathway under step-wise objectives 14
• 3.4.1. Objective 1. Maximize the temperature reduction 15
• 3.4.2. Objective 2. Minimize the cost 18
• Chapter 4. Result 19
• 4.1. Optimal adaptation pathways 19
• 4.2. Variation in optimal adaptation pathways according to threshold temperature scenarios 21
• 4.2.1. Changes in the optimal plan as a function of whether the critical threshold varies over time 21
• 4.2.2. Changes in the optimal plan as a function of the trend of the threshold temperature 24
• Chapter 5. Discussion 27
• 5.1. Providing a framework for step-wise adaptation 27
• 5.2. Why step-wise objectives matter in adaptation planning 29
• 5.3. Uncertainties in setting step-wise objectives and future research needs 30
• Chapter 6. Conclusion 32
• Appendix 33
• A. Sensitivity analysis of cooling-effect ranges 33
• B. Consistency check for the comparison between pathway_based and pathway_med 35
• C. Consistency check for the comparison between Pathway_low, Pathway_med and Pathway_high 39