The Nexus of Urbanisation and Risk Exposure: Assessing vulnerability and adaptation to health and climate hazards in Brazil

Abstract

Cities in the Anthropocene are increasingly affected by multiple, concurrent and interacting hazards that lead to deaths, economic losses, and suffering for millions of people every year. These hazards may trigger crises that impact urban areas across their economic, social, political, institutional, infrastructural and technological systems. In a vulnerability gap, an unequal development legacy combines with an unequal attribution of risks. Developed countries with high adaptation capacities built upon past emissions are on one side of the gap. On the other side, developing countries lack infrastructure, are socially unequal and have limited adaptation capability. This vulnerability gap could widen in the coming decades, since ongoing unequal development may couple with health and climate crises and their political, social, health and environmental risks, as the COVID-19 pandemic pointedly demonstrated. Past and future urban adaptation in the Anthropocene thus converge on environmental justice, making it a central problem for decision-making and policy development. This research addresses the problem of environmental justice in health and climate hazards by focusing on urban systems in Brazil. To this end, I investigate the relationship between socio-environmental vulnerability and urban development through a mixed-methods, interdisciplinary research design. Three main topics delineate this design. The first is the interconnected character of the impact of multiple stressors on urban systems. The second is the unequal character of vulnerability, where urban development shows intense interaction with inequality, especially in informal, low-income settlements in the Global South. The third is the potential to study and manage inequalities and crises in the Anthropocene with interdisciplinary and open scientific methods in geography towards a more sustainable and socially just world. In this context, I pose the following research question: How do hazards interact with the unequal features of urban development in the Global South, considering the nexus between urbanisation and risk exposure? To answer this question, this dissertation presents five studies investigating health and climate vulnerability, urban development and the hazards of the Anthropocene. I focus on Brazil as a relevant example of contemporary urban development and high socio-environmental vulnerability in the Global South. This research presents a data-intensive use of traditional geographic analysis combined with health geography and behavioural research techniques to investigate spatio-temporal dynamics at multiple scales. The goal is to reinforce an integrative approach to the research question in the name of a more robust scientific understanding of the research problems. Informal settlements in urban deltas from the Global South exemplify the chain of deprivations that create an unequal distribution of risks in cities in the Anthropocene. The first contribution of this dissertation explores this issue in the Jacuí River Delta where the unequal urban development processes of Porto Alegre (Brazil) present low-income families with a difficult choice between settling at risk close to the city centre or in the peripheries. By examining the risk responses of households in two landscapes of risk in the delta, this contribution seeks to understand the factors that condition risk responses against a significant flood event in 2015. The analysis showed that poorer households suffered more intense impacts and had a lower response capacity despite the abundant perception of imminent flood risk. These findings are central to adaptation policies and environmental justice. The second contribution investigates the association between socioeconomic deprivation and COVID-19 fatalities. That chapter examines cities across the social vulnerability spectrum found in Brazil using health research methods. It innovates by depicting the spatio-temporal progression of deaths at different vulnerability levels. The results indicated consistent associations between long-term social vulnerability and COVID-19 fatalities, as more vulnerable cities presented lower survival probabilities across the period. These results highlight the importance of promoting multidimensional sustainable development and reducing structural vulnerability to prevent excess deaths. However, structural socioeconomic vulnerability does not explain all the variability in COVID-19 fatalities. The third contribution of this research is the implementation of an agent-based model to assess mobility behaviour during the COVID-19 pandemic in Brazil. The model implements groups of agents with different demographic profiles and scenarios to determine the decision-making in mobility choices including well-being and exposure. The results showed that agents moved away from public transportation modes whenever financially possible, preferring individual modes instead. Agents with lower incomes could not make the same choices as affluent agents, resulting in segregation that signals that it is possible to buy their way out of exposure. The fourth contribution of this dissertation seeks a common denominator between climate change and COVID-19 in the form of socio-environmental vulnerability. This contribution relies on mixing qualitative and quantitative methods across multiple scales and using varied samples. The results show that the adverse social outcomes of health and climate hazards may compound. These combined effects are especially prominent for high-vulnerability populations and territories. Lower adaptive and resistive capacities mean that adverse effects reverberate longer and across such varied dimensions as personal health, family life and livelihoods. The fifth contribution investigates the relationship between geography research and vulnerable informal settlements. It assesses citizen empowerment and verifies the potential of volunteered graphic information (VGI) methods to provide much-needed data on informal settlements in the Global South. It uses a qualitative framework to classify two VGI practices in Mexico City and São Paulo. This classification exposed the agents involved in the VGI, decoupling the volunteers who produced data from the subjects represented in the data. Therefore, it brings to light the potential conflicts between these agents and limitations on technological literacy, available resources, agency and involvement of research subjects. The main conclusion of this dissertation is that health and climate crises interact between themselves and with unequal urbanisation in the Global South through factors of exposure and socio-environmental vulnerability. Adaptation policies also take shape over unequally developed cities and should counter social inequality, as it provides synergies across multiple vulnerability factors. As climate change deepens in the Anthropocene, research and policy should explore the synergies between unequal development and adaptation. Ultimately, this research seeks to promote environmental justice towards more effective, efficient and just implementation of global transformation and sustainable development policies.

Städte im Anthropozän sind zunehmend von verschiedenen zeitgleichen und sich gegenseitig beeinflussenden Gefahren betroffen, die jedes Jahr für Tausende Menschen zu Todesfällen, wirtschaftlichen Verlusten und Leid führen. Diese Gefahrenmomente können Krisen auslösen, welche die Ballungsgebiete in ihren wirtschaftlichen, sozialen, politischen, institutionellen, infrastrukturellen und technologischen Systemen beeinträchtigen. Ein ungleiches Entwicklungsvermächtnis in Kombination mit einer ungleichen Risikoverteilung führt zu einer Vulnerabilitätskluft. Auf der einen Seite stehen Industrieländer mit hoher Anpassungskapazität, die auf früheren Emissionen aufbaut. Auf der anderen Seite fehlt es den Entwicklungsländern an Infrastruktur, sie sind ungleich und verfügen über begrenzte Anpassungsfähigkeiten. Diese Vulnerabilitätskluft könnte sich in den kommenden Jahrzehnten vergrößern, da eine fortlaufende ungleiche Entwicklung mit politischen, sozialen und ökologischen Krisen zusammentreffen kann, wie die COVID-19-Pandemie deutlich gezeigt hat. Die Anpassungen von Städten im Anthropozän sowohl in der Vergangenheit als auch in der Zukunft konvergieren somit in Umweltgerechtigkeit und machen diese zu einem zentralen Problem für Entscheidungsfindung und Politikgestaltung. Diese Forschungsarbeit befasst sich mit dem Problem der Umweltgerechtigkeit bei Gesundheits- und Klimagefahren, indem sie den Fokus auf die urbanen Systeme in Brasilien legt. Zu diesem Zweck untersuche ich die Beziehung zwischen Vulnerabilität und Stadtentwicklung mittels interdisziplinärer Mixed-Method-Forschung. Drei zentrale Themen gestalten diesen Forschungsansatz. Das erste ist die Tatsache, dass die Auswirkungen verschiedener Stressoren in städtischen Systemen miteinander verknüpft sind. Das zweite ist der ungleiche Charakter von Vulnerabilität, dort wo Stadtentwicklung eine intensive Wechselwirkung mit Ungleichheiten zeigt, insbesondere in den informellen Siedlungen im Globalen Süden. Das dritte ist das Potenzial, Ungleichheiten und Krisen im Anthropozän mit interdisziplinären und offenen wissenschaftlichen Methoden in der Geografie zu untersuchen und zu bewältigen, um eine nachhaltigere und sozial gerechtere Welt zu schaffen. In diesem Zusammenhang frage ich: Wie interagieren Gefahren mit den ungleichen Merkmalen der Stadtentwicklung im Globalen Süden unter Berücksichtigung eines Zusammenhangs zwischen Urbanisierung und Risikoexposition? In dieser Dissertation werden zur Beantwortung dieser Frage fünf Studien vorgestellt, die die Vulnerabilität, die Stadtentwicklung und die Krisen des Anthropozäns untersuchen. Ich konzentriere mich auf Brasilien als relevantes Beispiel für zeitgenössische Stadtentwicklung und hohe Vulnerabilität im Globalen Süden. Diese Forschungsarbeit präsentiert eine datenintensive Nutzung traditioneller geografischer Analysen in Kombination mit Techniken der Gesundheitsgeografie und der Verhaltensforschung, um räumlich-zeitliche Dynamiken auf verschiedenen Ebenen zu untersuchen. Das Ziel ist die Stärkung einer integrativen Herangehensweise an die Forschungsfrage im Sinne eines solideren wissenschaftlichen Verständnisses der Forschungsprobleme. Informelle Siedlungen in Flussdeltas von Städten des Globalen Südens verdeutlichen die Verkettung von Deprivationen, die im Anthropozän zu einer ungleichen Risikoverteilung in Städten führen. Im ersten Beitrag dieser Dissertation geht es um diese Problematik im Jacuí-Flussdelta. In dem Flussdelta stellen die ungleichen Stadtentwicklungsprozesse von Porto Alegre (Brasilien) einkommensschwache Familien vor eine schwierige Wahl zwischen der Ansiedlung im exponierten Zentrum oder dem Stadtrand. Über die Untersuchung der Risikobewältigung von Haushalten in zwei exponierten Landschaften im Flussdelta wird in diesem Beitrag versucht, die Faktoren zu verstehen, die die Risikobewältigung bestimmen. Die Analyse zeigt, dass die ärmeren Haushalte trotz der ausgeprägten Wahrnehmung der Überschwemmungsgefahr stärker unter den Auswirkungen litten und eine geringere Reaktionsfähigkeit aufwiesen. Diese Erkenntnisse sind zentral für Anpassungsstrategien und Umweltgerechtigkeit. Im zweiten Beitrag wird der Zusammenhang zwischen sozioökonomischer Deprivation und COVID-19-Todesfällen untersucht. In diesem Kapitel werden brasilianische Städte aus dem gesamten Spektrum der sozialen Vulnerabilität unter Verwendung gesundheitswissenschaftlicher Methoden betrachtet. Das Innovative daran ist die Darstellung des räumlich-zeitlichen Verlaufs von Todesfällen auf verschiedenen Vulnerabilitätsstufen. Die Ergebnisse weisen auf feste Zusammenhänge zwischen langfristiger sozialer Vulnerabilität und COVID-19-Todesfällen hin, da in risikoreicheren Städten im gesamten Zeitraum geringere Überlebenswahrscheinlichkeiten bestanden. Diese Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, eine mehrdimensionale, nachhaltige Entwicklung zu fördern und die strukturelle Vulnerabilität zu verringern, um zusätzliche Todesfälle zu verhindern. Die strukturelle Vulnerabilität erklärt allerdings nicht die gesamte Variabilität bei COVID-19-Todesfällen. Im dritten Beitrag dieser Forschungsarbeit wird ein agenten-basiertes Modell zur Bewertung des Mobilitätsverhaltens während der COVID-19-Pandemie in Brasilien umgesetzt. Das Modell beinhaltet Gruppen von Agenten mit unterschiedlichen demografischen Profilen und Szenarien. Es soll herausgefunden werden, wie sie unter Abwägung zwischen dem Streben nach Wohlbefinden und der Vermeidung von Exposition ihre Entscheidungen treffen. Die Ergebnisse zeigen, dass wann immer es finanziell möglich war, die Agenten auf öffentliche Verkehrsmittel verzichteten und stattdessen private Verkehrsmittel nutzten. Agenten mit geringerem Einkommen konnten sich eine solche Entscheidung nicht leisten, was zu einer Segregation der Gesellschaft führte und aufzeigt, dass es möglich war, sich von der Exposition freizukaufen. Der vierte Beitrag in dieser Dissertation sucht nach einem gemeinsamen Nenner zwischen Klimawandel und COVID-19 in Form von Vulnerabilität. Er stützt sich auf eine Vermischung qualitativer und quantitativer Methoden auf verschiedenen Ebenen und unter Verwendung unterschiedlicher Stichproben. Die Ergebnisse zeigen, dass die negativen sozialen Folgen von Gesundheits- und Klimakrisen miteinander interagieren und sich verstärken können. Diese kombinierten Effekte sind besonders ausgeprägt bei vulnerablen Bevölkerungsgruppen in Gebieten, wo aufgrund geringerer Anpassungs- und Widerstandsfähigkeiten negative Auswirkungen länger und über unterschiedliche Dimensionen wie persönliche Gesundheit, Familienleben und Lebensunterhalt nachhallen. Im fünften Beitrag wird die Beziehung zwischen geografischer Forschung und vulnerablen, informellen Siedlungen reflektiert. Es wird die Ermächtigung der Bürgerinnen und Bürger beurteilt und das Potenzial für volunteered geographic Information (VGI) Methoden zur Erhebung dringend benötigter Daten zu informellen Siedlungen im Globalen Süden überprüft. Dabei wird ein qualitativer Forschungsrahmen verwendet, um zwei VGI-Praktiken in Mexiko-Stadt und São Paulo zu klassifizieren. In dieser Klassifizierung wurden die in den VGI involvierten Agenten, offengelegt, wodurch die Freiwilligen, die die Daten produzierten, von den in den Daten dargestellten Subjekten entkoppelt wurden. Dadurch werden die potenziellen Konflikte zwischen diesen Agenten und den Einschränkungen hinsichtlich der technologischen Kompetenz, der verfügbaren Ressourcen, der Handlungsfähigkeit und der Beteiligung der Forschungssubjekte deutlich. Die wichtigsten Schlussfolgerungen aus dieser Dissertation sind, dass Gesundheits- und Klimakrisen über die Faktoren der Exposition und Vulnerabilität untereinander sowie mit der ungleichen Urbanisierung im Globalen Süden interagieren. Auch nehmen Anpassungsstrategien konkrete Formen an und sollten der Ungleichheit entgegenwirken, da dies Synergien über verschiedene Vulnerabilitätsfaktoren hinweg produziert. Während der Klimawandel und das Anthropozän immer weiter voranschreiten, sollten sowohl die wichtigen Forschungsarbeiten als auch die Politik die Synergien zwischen ungleicher Entwicklung und Anpassung untersuchen. Letztendlich zielt diese Forschungsarbeit darauf ab, Umweltgerechtigkeit zu fördern, um eine effektivere, effizientere und gerechtere Umsetzung weltweiter Transformations- und nachhaltiger Entwicklungsstrategien zu erreichen.