Analysis of the role and impact of nature based solutions for sustainable urban environment

Abstract

This PhD thesis investigates the role of Nature-based Solutions (NbS) in promoting health, well-being (H&WB), and sustainability in urban environments, with a focus on the city of Chania, Greece. Against the backdrop of accelerating urbanization and the increasing burden on health systems, the work underscores the importance of integrating NbS into the planning and design of cities to improve quality of life and urban resilience. Green spaces (GSs) serve as the primary lens through which the impacts of NbS are assessed, both as ecological assets and public health enablers. The study identifies two major research gaps in the existing literature: the over-reliance on generic metrics of green space exposure—such as proximity or quantity—at the expense of specific ecological characteristics and experiential qualities, and the limited exploration of how people engage with GSs through frequency, duration, and type of use. To address these gaps, the thesis adopts a mixed-methods approach combining ecological assessment, statistical modeling, and participatory design. The research is structured around three interconnected objectives: (1) to develop a health-relevant framework for evaluating GS characteristics, including vegetation structure, cooling performance, and pollution removal; (2) to assess the health-related impacts of GS exposure through a representative survey of 718 urban residents; and (3) to design and deploy a visionary solution—the Mobile Urban Living Room (MULR)—as an innovative infrastructure for activating underused green areas. The study provides an in-depth ecological assessment of two major GSs in Chania—MGC and SAP—highlighting complementary benefits: MGC offers dense vegetation and superior thermal regulation, while SAP demonstrates higher pollutant removal and perceived quality. These findings inform evidence-based planning strategies to enhance green infrastructure in ways that align ecological performance with public health goals. Additionally, quantitative analyses, including chi-square tests, logistic regressions, and exploratory factor analysis, reveal strong associations between GS visitation (both frequency and duration) and improved mental and physical health outcomes. Regular and prolonged visits are linked to better sleep quality, emotional resilience, reduced stress, and lower risks of cardiovascular conditions. Demographic variables such as age, gender and education significantly shape patterns of GS engagement, reinforcing the need for demographically responsive planning. Central to the practical implementation of these insights is the development of the MULR, a multifunctional, mobile infrastructure designed to foster citizen interaction, facilitate data collection, and deliver cultural and educational programming in GSs. The MULR’s co-creation and evaluation process emphasizes participatory governance and integrates sensor technology and social research methods. A robust monitoring and evaluation (M&E) framework, based on key performance indicators (KPIs) and the Social Return on Investment (SROI) methodology, ensures a multidimensional impact assessment. By bridging ecological, social, and technological dimensions, this thesis contributes a replicable model for deploying NbS in cities, aligning urban resilience with inclusivity and public health. The results provide actionable guidance for urban planners, policymakers, and health professionals aiming to design greener, healthier, and more livable urban environments.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά τον ρόλο των Λύσεων που Βασίζονται στη Φύση (Nature-based Solutions - NbS) στην προαγωγή της υγείας, της ευεξίας και της βιωσιμότητας στο αστικό περιβάλλον, μέσα από την ανάλυση της περίπτωσης των Χανίων. Σε ένα πλαίσιο αυξανόμενης αστικοποίησης και πίεσης στα συστήματα υγείας, η μελέτη αυτή αναδεικνύει τη σημασία ενσωμάτωσης των NbS στον σχεδιασμό των πόλεων, με στόχο τη βελτίωση της ποιότητας ζωής και την ενίσχυση της αστικής ανθεκτικότητας. Οι χώροι πρασίνου (Green Spaces - GSs) αποτελούν το κύριο μέσο αξιολόγησης των NbS, τόσο για τις οικολογικές τους λειτουργίες όσο και για την επίδρασή τους στη δημόσια υγεία.Αρχικά μέσω μίας εκτεταμένης μελέτης ανασκόπησης, εντοπίζονται δύο κύρια ερευνητικά κενά στη διεθνή βιβλιογραφία: η υπερβολική εξάρτηση από γενικούς δείκτες έκθεσης σε πράσινο (όπως η εγγύτητα ή η έκταση), εις βάρος της ανάλυσης συγκεκριμένων οικολογικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών, και η σχετική έλλειψη εστίασης στον τρόπο με τον οποίο οι πολίτες αλληλεπιδρούν με τους χώρους πρασίνου στην καθημερινή τους ζωή (συχνότητα, διάρκεια, τύπος δραστηριότητας). Για την κάλυψη αυτών των κενών, υιοθετείται μια μικτή μεθοδολογική προσέγγιση που περιλαμβάνει οικολογική αξιολόγηση, στατιστική ανάλυση και συμμετοχικό σχεδιασμό. Η έρευνα διαρθρώνεται γύρω από τρεις βασικούς στόχους: (1) την ανάπτυξη ενός πλαισίου αξιολόγησης με δείκτες που σχετίζονται κυρίως με οικολογικά χαρακτηριστικά (πυκνότητα βλάστησης, ικανότητα δροσισμού, απομάκρυνση ρύπων), (2) την αποτίμηση της σχέσης μεταξύ έκθεσης σε GSs και της υγείας/ευεξίας μέσω αντιπροσωπευτικής έρευνας με 718 πολίτες· και (3) τον σχεδιασμό και υλοποίηση μιας καινοτόμου υποδομής, της Κινητής Αστικής Καθιστικής Εγκατάστασης (Mobile Urban Living Room - MULR). Η συγκριτική οικολογική αξιολόγηση των δύο σημαντικότερων χώρων πρασίνου στα Χανιά, ο Δημοτικός Κήπος (MGC) και το Πάρκο Αγίων Αποστόλων (SAP), αποκαλύπτει τα διαφορετικά πλεονεκτήματα κάθε χώρου. Ο MGC προσφέρει υψηλή σκίαση και δροσιστική ικανότητα λόγω πυκνής βλάστησης, ενώ το SAP υπερέχει στην απομάκρυνση ρύπων και στην αντιληπτή ελκυστικότητα. Τα αποτελέσματα των ποσοτικών αναλύσεων (δοκιμές χ², λογιστική παλινδρόμηση, διερευνητική παραγοντική ανάλυση) επιβεβαιώνουν ότι τόσο η συχνότητα όσο και η διάρκεια επίσκεψης στους GSs σχετίζονται θετικά με τη βελτίωση σημαντικών δεικτών υγείας. Συχνές και παρατεταμένες επισκέψεις συνδέονται με καλύτερο ύπνο, μεγαλύτερη συναισθηματική ανθεκτικότητα, μείωση του στρες και χαμηλότερο κίνδυνο καρδιομεταβολικών νοσημάτων. Παράλληλα, δημογραφικοί παράγοντες όπως η ηλικία, το φύλο και η επαγγελματική κατάσταση επηρεάζουν τη χρήση των GSs και τις σχετικές επιπτώσεις στην υγεία, αναδεικνύοντας κρίσιμες διαστάσεις κοινωνικής ανισότητας. Τα ευρήματα οδηγούν σε συστάσεις για στρατηγικό σχεδιασμό χώρων πρασίνου με στόχο την ενίσχυση τόσο των οικολογικών όσο και των κοινωνικών ωφελειών. Η ανάπτυξη της MULR αποτελεί απτό παράδειγμα εφαρμογής αυτών των στρατηγικών: μια πολυλειτουργική, φορητή υποδομή που ενεργοποιεί υποχρησιμοποιούμενους χώρους, ενισχύει τη συμμετοχή των πολιτών και προάγει την περιβαλλοντική και υγειονομική ευαισθητοποίηση. Η διαδικασία συν-δημιουργίας της MULR αναδεικνύει τη σημασία της συμμετοχικής διακυβέρνησης, ενώ η ενσωμάτωση ψηφιακών τεχνολογιών, αισθητήρων περιβάλλοντος και μεθόδων συλλογής δεδομένων προάγει τον συμμετοχικό σχεδιασμό πολιτικών. Το πλαίσιο Παρακολούθησης και Αξιολόγησης (Monitoring & Evaluation - M&E), το οποίο βασίζεται σε δείκτες απόδοσης (KPIs) και στη μεθοδολογία Κοινωνικής Απόδοσης της Επένδυσης (SROI), προσφέρει ένα πολυδιάστατο και επαναλήψιμο μοντέλο αξιολόγησης τέτοιων οραματικών λύσεων (Visionary Solutions-VSs). Η διατριβή συμβάλλει ουσιαστικά στη διεπιστημονική γνώση και πρακτική της αστικής βιωσιμότητας, προσφέροντας εφαρμόσιμα εργαλεία για τον σχεδιασμό υγιών, ανθεκτικών και συμμετοχικών πόλεων που ενσωματώνουν τη φύση στον αστικό ιστό.