Dutch translation follows below the English article

A mangrove on a windy day, breaking the waves (photo: Zhan Hu)

We have long known that mangroves and other forested wetlands can act as natural shields against floods. But when it comes to extreme storms, we haven’t had a clear picture of just how well they work. The available models for predicting how much these forests can reduce wave heights are often too complicated for many coastal managers to use. Plus, figuring out the right numbers to plug into these models—especially in extreme conditions—is a tough nut to crack.

New way to measure protection

To tackle this, a team of international researchers gathered data from some of the biggest waves ever recorded in forested wetlands. They looked at waves during a typhoon in China, as well as data from labs and other field studies around the world. What they found is remarkable: mangrove forests of about 100 m width can half the storm wave height. That’s a significant lowering of the waves, giving quite some protection to the coast line behind the mangrove forest.

But that’s not all. The team tested 20 different ways to calculate the drag that trees create against water wavy motions. Most of these methods couldn’t predict wave attenuation in storm events. So, they came up with a new, easy-to-use method they called the HU method. “This method doesn’t need complicated numbers or detailed tree measurements,” says lead researcher Zhan Hu. “It’s simple enough that coastal practitioners or volunteers with a few existing measurements can use it to figure out how well their local forested wetlands can protect against waves.”

Saving coasts as well as money
“This study is a big deal for coastal protection” says Tjeerd Bouma, researcher at the Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ) who also worked on the project. “The HU method gives coastal managers and scientists a practical tool to assess how well their local forests can reduce wave heights during storms. This can help in designing natural coastal defenses, potentially saving billions of dollars worldwide.”

“Plus, the study reminds us how important it is to protect and restore mangroves and other forested wetlands like willows,” Bouma adds. “They’re not just wave-blockers; they also capture carbon, provide habitats for wildlife, and clean our water.”

Wave non-linearity
“No, the method is not named after me”, laughs Prof. Zhan Hu. “The name rather reflects the approach that is based on the relation between wave height ‘H’ and Ursell number U, which is an index for wave nonlinearity”. In a nutshell, this method works as the wave attenuation is closely linked to the nonlinear wave effect, which is depicted by the HU relations. And the same HU relation can be applied for both calm and storm weather conditions. The novel methods use the same HU relation in calm weather (but highly nonlinear) to predict the wave height attenuation during storm events, and bypassing the need of quantifying drag.

Other wetlands and coastal areas
While the HU method is a great start, the researchers know it’s not perfect. It works best for specific types of rigid, above-ground forests. Future work will focus on making the HU method work for different kinds of wetlands and coastal areas. They also want to explore what happens when trees start to sway in the wind and how much wave reduction is possible.

“In short, this research is a huge step forward in understanding how nature can protect our coasts,” concludes Hu. “The HU method offers a new way to predict wave reduction during extreme storms, opening the door to more sustainable coastal management.”

The study 'Predicting nature-based coastal protection by mangroves under extreme waves' was published in journal PNAS, March 2025

Eenvoudige nieuwe methode berekent hoe mangroves kusten tegen golven beschermen

Een natuurlijk fort dat bestand is tegen razende stormen: dat is wat mangroves en andere beboste moerassen vormen langs onze kusten en rivieren. Maar hoe goed beschermen ze ons nu echt, en tegen welke stormen? Onderzoekers van de Sun Yat-Sen Universiteit in China en het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) hebben een geheel nieuwe rekenmethode ontwikkeld om precies te voorspellen hoe effectief deze natuurlijke barrières zijn tijdens extreme weersomstandigheden. Dit is een belangrijk inzicht voor kustbeheerders en beleidsmakers.

Het is een bekend gegeven dat mangroves en andere beboste moerasgebieden (ook wel wetlands) aan de kust en langs rivieren kunnen fungeren als natuurlijk schild tegen overstromingen. Maar als het op extreme stormen aankomt, hebben we eigenlijk geen duidelijk beeld van hoe goed ze werken. De bestaande modellen om te voorspellen hoe dergelijke bossen bijvoorbeeld golfhoogte kunnen verminderen, gebruiken getallen die lastig te verkrijgen zijn. Bovendien zijn deze wetenschappelijke modellen vaak te ingewikkeld om in de praktijk te gebruiken door beheerders en beleidsmakers.

Nieuwe manier om bescherming te meten
Om dit probleem aan te pakken, verzamelde een team van internationale onderzoekers gegevens van enkele van de grootste golven ooit geregistreerd in beboste moerasgebieden. Ze keken daarbij naar nieuwe golfmetingen tijdens een heftige tyfoon in China en bestaande gegevens uit laboratoria en veldonderzoeken over de hele wereld. Wat ze vonden is opmerkelijk: mangrovebossen met een breedte van ongeveer 100 m kunnen de hoogte van de stormgolven halveren. Dat is een flinke verlaging, die de kustlijn achter het mangrovebos aanzienlijk beschermt.

Maar dat is nog niet alles. Het team testte twintig verschillende bestaande manieren om de weerstand te berekenen die bomen creëren tegen de golvende bewegingen van het water. De meeste van deze methoden konden de golfdemping bij stormen niet goed voorspellen. Dus kwamen ze met een nieuwe, gebruiksvriendelijke methode die ze de HU-methode noemden. “Deze methode heeft geen ingewikkelde getallen of gedetailleerde metingen van bomen nodig,” zegt hoofdonderzoeker Zhan Hu, hoogleraar aan de Sun Yat-Sen Universiteit in China. “De methode is dusdanig eenvoudig, zodat beheerders en beleidsmakers met een paar bestaande metingen de rekenmethode kunnen gebruiken om uit te zoeken hoe goed hun lokale mangroves golven dempen.”

Kusten beschermen en geld besparen
“Deze studie is van groot belang voor het breed toepassen van natuurlijke kustbescherming”, zegt Tjeerd Bouma, onderzoeker bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) die ook aan het project heeft meegewerkt. “De HU-methode geeft kustbeheerders en wetenschappers een praktisch instrument om te beoordelen hoe goed hun lokale bossen golfhoogtes kunnen verminderen tijdens stormen. Dit kan helpen bij het ontwerpen van natuurlijke kustverdediging, wat wereldwijd miljarden dollars kan besparen. De simpele toepasbaarheid is een groot voordeel omdat het ook in armere delen van de wereld kan worden gebruikt,”

“Dit onderzoek onderstreept hoe belangrijk het is om mangroves langs kusten, of bijvoorbeeld wilgenbossen langs rivieren te beschermen en te herstellen,” voegt Bouma toe. “Bovendien zijn het niet alleen golfbrekers; deze bossen leggen ook koolstof vast, bieden veel diersoorten een leefomgeving en helpen de waterkwaliteit te verbeteren .”

Non-lineariteit van golven
“Nee, de methode is niet naar mij vernoemd”, lacht Zhan Hu. “De naam geeft de aanpak weer die gebaseerd is op de relatie tussen golfhoogte 'H' en het Ursell-getal ‘U’, een index voor de non-lineariteit van golven.” Het basisprincipe achter de rekenmethode is dat de golfdemping nauw verbonden is met het non-lineaire golfeffect, wat je kunt weergeven als de ‘HU-relatie’. En dezelfde HU-relatie kan worden toegepast voor zowel rustige als stormachtige weersomstandigheden. De nieuwe methoden maakt gebruik van de HU-relatie zoals gemeten bij kalm weer, om de golfdemping tijdens storm te voorspellen. Hierdoor is het niet meer nodig om de ingewikkelde berekening te maken voor de exacte weerstand van een mangrovebos.

Andere wetlands en kustgebieden
Hoewel de HU-methode een enorme stap voorwaarts is, weten de onderzoekers dat deze nog niet perfect is. De methode werkt het beste voor bossen bestaande uit weinig buigzame bomen. Met vervolgonderzoek wil het team de HU-methode ook kloppend krijgen voor andere soorten kustgebieden, met meer buigzame begroeiing. Daarnaast willen zij een makkelijk bruikbare website of app voor de methode bouwen, zodat deze daadwerkelijk voor kustbeschermers wereldwijd toegankelijk is “Dit onderzoek is een enorme stap voorwaarts in het begrijpen hoe de natuur onze kusten kan beschermen,” concludeert Hu. “De HU-methode biedt een nieuwe manier om golfreductie tijdens extreme stormen te voorspellen, wat de deur opent naar duurzamer kustbeheer.”

Het onderzoek van Tjeerd Bouma en Zhan Hu, getiteld 'Predicting nature-based coastal protection by mangroves under extreme waves' is gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift PNAS