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    jamp
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    <journal-title>
     Journal of Applied Mathematics and Physics
    </journal-title>
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    2327-4352
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   <issn publication-format="print">
    2327-4379
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   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
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    10.4236/jamp.2024.128171
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    jamp-135355
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      Articles
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     <subject>
      Physics 
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       Mathematics
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   <title-group>
    Analytical Solutions for Testing of Baroclinic and Wind-Driven Three-Dimensional Hydrodynamic Models
   </title-group>
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       Cheng
      </surname>
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       He
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     aNational Water Research Institute, Environment Canada, Burlington, Ontario, Canada
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     06
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     2024
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    12
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      July
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      2024
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    <date date-type="accepted">
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      17,
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      2024
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
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     2014
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    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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    </license>
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   <abstract>
    It is always a challenge for a model developer to verify a three-dimensional hydrodynamic model, especially for the baroclinic term over variable topography, due to a lack of observational data sets or suitable analytical solutions. In this paper, exact solutions for the periodic forcing by surface heat flux and wind stress are given by solving the linearized equations of motion neglecting the rotation, advection and horizontal diffusion terms. The temperature at the bottom is set to a prescribed periodic value and a slip condition on flow is enforced at the bottom. The geometry of the quarter annulus, which has been extensively studied for two- and three-dimensional analytical solutions of unstratified water bodies, is used with a general power law variation of the bottom slope in the radial direction and is constant in the azimuthal direction. The analytical solutions are derived in a cylindrical coordinate system, which describes the three-dimensional fluid field in a Cartesian coordinate system. The results presented in this paper should provide a foundation for studying and verifying the baroclinic term over a varied topography in a three-dimensional numerical model.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     3D Model
    </kwd> 
    <kwd>
      Baroclinic Force
    </kwd> 
    <kwd>
      Analytical Solutions
    </kwd> 
    <kwd>
      Model Verification
    </kwd>
   </kwd-group>
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  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>Various numerical methods for the solution of the Navier-Stokes equations have been applied to the complex issues of flood routing, tidal circulation, storm surges and contaminant transport in coastal areas. Proof of the utility of such methods is often demonstrated by comparison of the computed variables with field observations. However, this type of comparison is often incapable of adequately and accurately verifying the dynamics simulated by the numerical model in the study region <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-1">
     [1]
    </xref>. The limitations of this approach are largely due to inadequate data and an incomplete understanding of the behavior of the numerical procedure. Observations of three-dimensional components of flow are rarely available throughout the temporal and spatial domains of interest. Thus, in general, databases are inadequate tools for establishing that an existing numerical model is correctly solving the governing equations. This is particularly true for the vertical velocity component which is usually too small to be measured but is of practical importance to such phenomena as coastal upwelling.</p>
   <p>The precision with which a numerical scheme solves the full governing equations should also be established, but because of the nonlinearities in the equations, this is difficult to ascertain precisely. Furthermore, the effect of an irregularly shaped boundary on the accuracy of the numerical solution is generally not completely known, although it is acknowledged to be important.</p>
   <p>Due to the lack of suitable analytical solutions for testing the output of three-dimensional numerical models, authors <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-2">
     [2]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-5">
     [5]
    </xref> may often resort to comparing various models with one another. The difficulty with this approach is that it is hard to determine which model is correct. The various sources of error and uncertainty in verification can sometimes be obscured in the numerical solution by the adjustment of parameters such as bathymetry, the eddy coefficient, and the bottom drag coefficients.</p>
   <p>Several modelers have developed analytical solutions to aid in the development and verification of various models. Zamani and Bombardelli <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-6">
     [6]
    </xref> developed four one-dimensional analytical solutions designed to help code verification; these solutions are able to handle the challenges of the scalar transport equation including nonlinearity and spatiotemporal variability of the velocity and dispersion coefficient, and of the source term. Then, a solution of Burgers’ equation in a novel setup was presented. In order to assist in verifying different terms of one- or two-dimensional Shallow Water equations, Delestre et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-7">
     [7]
    </xref> collected a number of analytic solutions scattered throughout the literature of various scientific disciplines. By facing similar challenges in different flow study fields, researchers <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-8">
     [8]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-10">
     [10]
    </xref> developed a wide range of analytical solutions or methods to verify different flow simulations. For an open flow field, it is difficult to properly resolve the boundary condition for an analytical solution. In general, they can be divided into “open basin” solutions with an offshore boundary condition and “closed basin” solutions without an offshore boundary condition. By far the most widely used analytical solutions for the purposes of verification of coastal numerical models are the solutions for quarter-annular geometry. This geometry is particularly useful as a test of a model’s ability to accurately simulate a curved boundary. The analytical solution for the depth-averaged case was developed by Lynch and Gray <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-11">
     [11]
    </xref> for constant, linear, and quadratic bathymetry for both steady-state wind setup and periodic tidal response. Their analytical solution was extended to three dimensions and rotation by Lynch and Officer <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-12">
     [12]
    </xref>. Lynch and Werner <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-13">
     [13]
    </xref> calculated and displayed this analytical solution for tidal oscillations near a circular island where the tidal amplitude at the open ocean boundary varies with position. Muccino et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-14">
     [14]
    </xref>, who recognized the importance of vertical velocity, gave an expression for the vertical velocity associated with the Lynch and Officer case but with a spatially constant tidal amplitude forcing at the open boundary. Hannah and Wright <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-15">
     [15]
    </xref> tested a three-dimensional finite element model with an analytical solution for linear depth-dependent wind-driven flows along a rotating coastline. All of these analytical solutions deal with unstratified water bodies. Once stratification over a sharp variable bathymetry is added, numerical models have considerable difficulty resolving the baroclinic terms, especially in the coordinate system <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-16">
     [16]
    </xref>, such that analytical solutions are needed in the stratified case as well.</p>
   <p>Farrow and Patterson <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-17">
     [17]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-18">
     [18]
    </xref> developed analytical solutions for two thermally driven flows for a two-dimensional linearly sloping bottom, neglecting advection but allowing for vertical diffusion. In closed basins, several modelers have exploited wind-driven, flat-bottomed analytical solutions. However, Mass and Lam <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-19">
     [19]
    </xref> presented some free modes of oscillation over variable topography, uniform rate of stratification, no friction or diffusion, but linearized advection in a two-dimensional closed basin. Their solutions are interesting as there is a two-way coupling between the mass and velocity fields through advection, unlike the solutions of Farell and Patterson <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-17">
     [17]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-18">
     [18]
    </xref> and Fortatuno and Baptista <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-20">
     [20]
    </xref> where the density field was prescribed. As forcing and friction are neglected in the solutions of Mass and Lam <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-19">
     [19]
    </xref>, it is not clear how they can be used in coastal model validation.</p>
   <p>In this paper, the analytical solutions were developed aimed at verifying three-dimensional hydrodynamic models, especially for improving the numerical schemes used when calculating the baroclinic terms. The solution starts with solving the vertical temperature diffusion equation in a quarter annulus. This produces a variable density field which, in turn, drives the circulation. Wind forcing is also included in the solution. For simplicity, advection, horizontal diffusion, free surface and rotation terms are neglected. However, heat flux through water surface, bottom and internal friction, wind stress, and variable bathymetry have been incorporated into the equations. A solution for the dynamic steady state with a periodic forcing function is obtained. The vertical velocity is computed from the continuity equation. A general power law dependence of depth with offshore distance allows for the testing of numerical schemes for various degrees of bottom slope. In line with the philosophy that these solutions are useful primarily as tools for model verification rather than solutions to actual field problems, emphasis is placed on periodic solutions and other departures from geophysical realistic flows.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Analytical Solution in σ-Coordinate System</title>
   <p>A similar quarter annular bathymetry and radial coordinate system as used by Lynch and Officer <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-11">
     [11]
    </xref> was adopted in this study and is shown in plan and section views in <xref ref-type="fig" rid="fig1(a)">
     Figure 1(a)
    </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig1(b)">
     Figure 1(b)
    </xref>, respectively. Because the governing equations, boundary conditions and domain geometry do not depend on the azimuthal direction, variation occurs only in the radial and vertical directions.</p>
   <fig id="fig1" position="float">
    <label>Figure 1</label>
    <caption>
     <title>Figure 1. A vertical cross-section of the simulation domain grids. In the top panel, the grid is shown in radial coordinates, with the Y-axis representing the water depth and the X-axis representing the radial coordinate. The bottom panel shows the grid in the σ-coordinate after transformation. The Y-axis represents the normalized water depth range from 0 to −1 and the grid becomes uniform as a result.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1723804-rId12.jpeg?20240820025047" />
   </fig>
   <p>The stratification is generated by a periodic heat flux applied to the water surface. Here we seek periodic solutions of the form 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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        f 
      </mi> 
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          r 
        </mi> 
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          , 
        </mo> 
        <mi>
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        <mo>
          , 
        </mo> 
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          t 
        </mi> 
       </mrow> 
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         ) 
       </mo> 
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      </mo> 
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        R 
      </mi> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
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         <mi>
           F 
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         <mn>
           0 
         </mn> 
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           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            z 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> for temperature and velocity. The governing equation of temperature in linearized and harmonic form, with the horizontal diffusion and advection terms neglected is:</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-"></xref> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
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        ω 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
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       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(1)</p>
   <p>at the surface</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          z 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(2)</p>
   <p>and at the bottom</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(3)</p>
   <p>in which 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the complex amplitude of the temperature, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> is the diffusivity of temperature, ω is the radian frequency, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the amplitude of the heat flux at the water surface, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and m are constants) is the bathymetric relation, r is the radial coordinate, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the amplitude of the temperature specified at the bottom. 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is a constant and its reciprocal may be interpreted as the thermal spin-up time.</p>
   <p>A spatially varying water depth can be transformed into uniform depth using the σ-coordinate, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
     Figure 1
    </xref>, which will simplify the numerical formulation.</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        σ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(4)</p>
   <p>In a general σ-coordinate system (where σ = 0 at the free surface and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        σ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> at the bottom), the governing equation of heat diffusion and its boundary conditions become:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(5)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
      <mi>
        σ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(6)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
      <mi>
        σ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(7)</p>
   <p>The solution of Equation (5) with boundary conditions (6) and (7) is:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        cosh 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>(8)</p>
   <p>with</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mrow> 
        <mi>
          cosh 
        </mi> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(9)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(10)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(11)</p>
   <p>Next, the density field can be calculated from the temperature solution. Here, we assume that density is linearly related to temperature as:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>(12)</p>
   <p>where a<sub>T</sub> is constant and b is a reference density, so the complex amplitude of the density difference, Δρ, with respect to the reference density at any point, is:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(13)</p>
   <p>The complex amplitude of baroclinic pressure, P<sub>0</sub>, as a function of depth associated with the density variation is:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <munderover> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </munderover> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mtext>
               e 
             </mtext> 
             <mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            sinh 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(14)</p>
   <p>where g is gravity and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is water reference density. The baroclinic term in the radial direction can be computed in σ coordinates:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             w 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msup> 
             <mtext>
               e 
             </mtext> 
             <mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo stretchy="false">
            [ 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mi>
            cosh 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mi>
            sinh 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(15)</p>
   <p>After the expression for the baroclinic term has been obtained, the three-dimensional velocity field, driven by baroclinic forcing and wind stress can be computed from the momentum equation. In order to solve the equation analytically, it assumes that the free surface elevation would be zero everywhere at all times. It also assumes that the wind stress has the same frequency as the heat flux through the free surface, and although this solution may not represent any realistic physical flows, it can provide an alternative solution for the purpose of testing numerical schemes and program errors.</p>
   <p>The momentum equation, without any advection, rotation, free surface pressure and horizontal diffusion terms is:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msup> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(16)</p>
   <p>where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> is the vertical eddy viscosity, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is a constant. The horizontal velocity is decomposed by separation of variables with the form 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          z 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          z 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the unknown complex amplitude of the horizontal velocity, depending only on the vertical coordinate, z, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. By substituting for u and for the solution to the baroclinic term Equation (15), Equation (16) becomes (in the σ-coordinate system):</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mi>
            cosh 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mi>
            sinh 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(17)</p>
   <p>with the boundary conditions,</p>
   <p><img width="263.8888888888889" src="https://html.scirp.org/file/1723804-rId77.svg?20240820025048">(18)</img></p>
   <p>and</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </msub> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
      <mi>
        σ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(19)</p>
   <p>where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> are the wind stress and the bottom slip coefficients, respectively. The general solution to Equation (17) is:</p>
   <p><img width="159.6529284164859" src="https://html.scirp.org/file/1723804-rId85.svg?20240820025048">(20)</img></p>
   <p>where</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(21)</p>
   <p>and Q is the particular solution which has two forms depending on the Prandtl number ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ζ 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        Pr 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mi>
        ζ 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        Pr 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>), and A and B are constants to be determined. The details of the particular solutions are given in Appendix A.</p>
   <p>In the following calculations, we concentrate on the solution of A and B for case 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mi>
        ζ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> which represents more general applications. The final result of A and B for the case 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ζ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is given in Appendix B.</p>
   <p>As an aid to understanding the steps followed in the solution procedure, the expression for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> is given here by differentiating Equation (20) and from Q in Appendix A:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mi>
           Π 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <mn>
                  4 
                </mn> 
                <msup> 
                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   3 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mi>
                 Π 
               </mi> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              cosh 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msup> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mi>
              sinh 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
              <msup> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(22)</p>
   <p>where</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Π 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>(23)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>(24)</p>
   <p>Substituting (22) into the boundary conditions (18) and (19) yields;</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <msup> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mi>
           Π 
         </mi> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mi>
         Π 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow></mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
      <mi>
        σ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(25)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mi>
           Π 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msup> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo stretchy="false">
                ( 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mo stretchy="false">
                ) 
              </mo> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <mn>
                  4 
                </mn> 
                <msup> 
                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   3 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mi>
                 Π 
               </mi> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mtable> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <mover> 
               <mtext>
                   
               </mtext> 
               <mtext>
                   
               </mtext> 
              </mover> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
            </mtd> 
           </mtr> 
          </mtable> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <msup> 
             <mtext>
               e 
             </mtext> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <mn>
                  4 
                </mn> 
                <msup> 
                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mi>
                 Π 
               </mi> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 M 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mi>
                c 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    4 
                  </mn> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     ζ 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                 </mrow> 
                 <mi>
                   Π 
                 </mi> 
                </mfrac> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                s 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mi>
                   ξ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mtext>
                   e 
                 </mtext> 
                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mi>
                 Π 
               </mi> 
              </mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    4 
                  </mn> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     ζ 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                 </mrow> 
                 <mi>
                   Π 
                 </mi> 
                </mfrac> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
                <mi>
                  ζ 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow /> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow /> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow /> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow /> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(26)</p>
   <p>From (25) and (26), the constants A and B can be obtained:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>(27)</p>
   <p><img width="217.01388888888889" src="https://html.scirp.org/file/1723804-rId111.svg?20240820025048">(28)</img></p>
   <p>in which</p>
   <fig id="fig2" position="float">
    <label>Figure 2</label>
    <caption>
     <title>
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <mtext>
         
    
  
        </mtext>
  
        <mo>
         
   −
  
        </mo>
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    M
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    2
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    {
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mfrac> 
     
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
     
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
    
          </mfrac> 
    
          <mo>
           
     +
    
          </mo>
    
          <mrow>
     
           <mo>
             ( 
           </mo> 
     
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
              <msup> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
           </mrow> 
     
           <mo>
             ) 
           </mo>
    
          </mrow>
    
          <mfrac> 
     
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mtext>
               e 
             </mtext> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
     
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
            <mi>
              Π 
            </mi> 
           </mrow> 
    
          </mfrac> 
    
          <mo>
           
     −
    
          </mo>
    
          <mrow>
     
           <mo>
             [ 
           </mo> 
     
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
              <msup> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
     
           <mo>
             ] 
           </mo>
    
          </mrow>
    
          <mfrac> 
     
           <mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <msup> 
             <mtext>
               e 
             </mtext> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
     
           <mi>
             Π 
           </mi> 
    
          </mfrac> 
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    }
   
         </mo>
  
        </mrow>
 
       </mrow>

      </math>(29)and
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    M
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    4
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mfrac> 
   
         <mrow> 
    
          <mfrac> 
     
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
     
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
    
          </mfrac> 
    
          <mo>
           
     −
    
          </mo>
    
          <mfrac> 
     
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
              <msup> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
     
           <mi>
             Π 
           </mi> 
    
          </mfrac> 
    
          <mi>
           
     G
    
          </mi>
    
          <mrow>
     
           <mo>
             ( 
           </mo> 
     
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
     
           <mo>
             ) 
           </mo>
    
          </mrow>
   
         </mrow> 
   
         <mi>
          
    ξ
   
         </mi> 
  
        </mfrac> 
 
       </mrow>

      </math>(30)To obtain the complete three-dimensional velocity field, the Cartesian vertical velocity, w<sub>0</sub>, may be determined from the continuity equation. In three-dimensional cylindrical coordinates, with variation in the azimuthal direction neglected and σ coordinates in the vertical direction, the continuity equation is:
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <mfrac> 
   
         <mrow> 
    
          <mo>
           
     −
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     2
    
          </mn>
    
          <mi>
           
     σ
    
          </mi>
    
          <mi>
           
     h
    
          </mi>
   
         </mrow> 
   
         <mrow> 
    
          <msup> 
     
           <mi>
             r 
           </mi> 
     
           <mn>
             2 
           </mn> 
    
          </msup> 
   
         </mrow> 
  
        </mfrac> 
  
        <mfrac> 
   
         <mo>
          
    ∂
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mo>
           
     ∂
    
          </mo>
    
          <mi>
           
     σ
    
          </mi>
   
         </mrow> 
  
        </mfrac> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
    
          <msub> 
     
           <mi>
             U 
           </mi> 
     
           <mn>
             0 
           </mn> 
    
          </msub> 
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
  
        <mo>
         
   +
  
        </mo>
  
        <mfrac> 
   
         <mi>
          
    h
   
         </mi> 
   
         <mi>
          
    r
   
         </mi> 
  
        </mfrac> 
  
        <mfrac> 
   
         <mo>
          
    ∂
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mo>
           
     ∂
    
          </mo>
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
   
         </mrow> 
  
        </mfrac> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
    
          <msub> 
     
           <mi>
             U 
           </mi> 
     
           <mn>
             0 
           </mn> 
    
          </msub> 
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
  
        <mo>
         
   +
  
        </mo>
  
        <mfrac> 
   
         <mrow> 
    
          <mo>
           
     ∂
    
          </mo>
    
          <msub> 
     
           <mi>
             w 
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           <mn>
             0 
           </mn> 
    
          </msub> 
   
         </mrow> 
   
         <mrow> 
    
          <mo>
           
     ∂
    
          </mo>
    
          <mi>
           
     σ
    
          </mi>
   
         </mrow> 
  
        </mfrac> 
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mn>
         
   0
  
        </mn>
 
       </mrow>

      </math>(31)<xref ref-type="bibr" rid="scirp.135355-"></xref>Integration of Equation (31) vertically over σ from σ to 0 and from σ to −1, and incorporation of the surface boundary conditions, 

      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    w
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     0
    
          </mn>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mn>
         
   0
  
        </mn>
 
       </mrow>

      </math> and thebottom boundary conditions 

      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    w
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mo>
           
     −
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     1
    
          </mn>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mo>
         
   −
  
        </mo>
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    U
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mfrac> 
   
         <mrow> 
    
          <mo>
           
     ∂
    
          </mo>
    
          <mi>
           
     h
    
          </mi>
   
         </mrow> 
   
         <mrow> 
    
          <mo>
           
     ∂
    
          </mo>
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
   
         </mrow> 
  
        </mfrac> 
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mo>
         
   −
  
        </mo>
  
        <mi>
         
   m
  
        </mi>
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    h
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <msup> 
   
         <mi>
          
    r
   
         </mi> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     m
    
          </mi>
    
          <mo>
           
     −
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     1
    
          </mn>
   
         </mrow> 
  
        </msup> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    U
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
 
       </mrow>

      </math>, yields:
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    w
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mi>
           
     σ
    
          </mi>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mstyle displaystyle="true"> 
   
         <mrow>
    
          <munderover> 
     
           <mo>
             ∫ 
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           <mn>
             0 
           </mn> 
     
           <mi>
             σ 
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          </munderover> 
    
          <mrow> 
     
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
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                 2 
               </mn> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
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                  r 
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                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mfrac> 
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                 ∂ 
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                 σ 
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              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
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                ( 
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                 r 
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                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
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             <mo>
               − 
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             <mfrac> 
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                r 
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             </mfrac> 
             <mfrac> 
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               <mo>
                 ∂ 
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               <mi>
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               </mi> 
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             </mfrac> 
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                  U 
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              ] 
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           </mrow>
     
           <mtext>
             d 
           </mtext>
     
           <mi>
             σ 
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          </mrow> 
   
         </mrow> 
  
        </mstyle>
  
        <mo>
         
   +
  
        </mo>
  
        <msub> 
   
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    w
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     0
    
          </mn>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
 
       </mrow>

      </math>(32)and
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    w
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mi>
           
     σ
    
          </mi>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
  
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   =
  
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        <mstyle displaystyle="true"> 
   
         <mrow>
    
          <munderover> 
     
           <mo>
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           <mrow> 
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              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
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           <mi>
             σ 
           </mi> 
    
          </munderover> 
    
          <mrow> 
     
           <mrow> 
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              [ 
            </mo> 
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             <mfrac> 
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               </mn> 
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                 h 
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                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mfrac> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <msub> 
                <mi>
                  U 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
             </mfrac> 
             <mfrac> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <msub> 
                <mi>
                  U 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow>
     
           <mtext>
             d 
           </mtext>
     
           <mi>
             σ 
           </mi>
    
          </mrow> 
   
         </mrow> 
  
        </mstyle>
  
        <mo>
         
   +
  
        </mo>
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    w
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    0
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     r
    
          </mi>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mo>
           
     −
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     1
    
          </mn>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
 
       </mrow>

      </math>(33)</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="" />
   </fig>
   <p>Multiplying Equation (32) with (σ + 1) and subtracting Equation (33) multiplied with σ yields:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             R 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             R 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(34)</p>
   <p>In which 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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        R 
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      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
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        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
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         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
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    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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        R 
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      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
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         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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         ( 
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        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          , 
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        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
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         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> are:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
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          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
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          <mo>
            ∫ 
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          <mrow> 
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            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
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               </msup> 
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             </mfrac> 
             <mfrac> 
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                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
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             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <msub> 
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                  U 
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                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mi>
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             </mfrac> 
             <mfrac> 
              <mo>
                ∂ 
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              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <msub> 
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                  U 
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                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
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            </mtext> 
            <mi>
              σ 
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            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
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               e 
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                ξ 
              </mi> 
              <mi>
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              </mi> 
             </mrow> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mfrac> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mtext>
               e 
             </mtext> 
             <mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mi>
             Π 
           </mi> 
          </mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <mi>
                    m 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            cosh 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <msup> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mi>
            sinh 
          </mi> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
              <msup> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mtable> 
                 <mtr> 
                  <mtd> 
                   <mtext>
                       
                   </mtext> 
                  </mtd> 
                 </mtr> 
                 <mtr> 
                  <mtd> 
                   <mtext>
                       
                   </mtext> 
                  </mtd> 
                 </mtr> 
                </mtable> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  4 
                </mn> 
                <mi>
                  ζ 
                </mi> 
                <mtext>
                    
                </mtext> 
                <mi>
                  σ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <mi>
                    m 
                  </mi> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                  <mtext>
                      
                  </mtext> 
                  <mi>
                    σ 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <msup> 
                 <mrow> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <mn>
                      2 
                    </mn> 
                    <mo>
                      + 
                    </mo> 
                    <mi>
                      m 
                    </mi> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ] 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mtext>
                   e 
                 </mtext> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                  <mi>
                    σ 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <mi>
                  ζ 
                </mi> 
                <mtext>
                    
                </mtext> 
                <mi>
                  Π 
                </mi> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mi>
                   m 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
                <mi>
                  σ 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mi>
                   ξ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
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             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
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      </mtr> 
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    </math>(35)</p>
   <p>
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        R 
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         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
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         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <msup> 
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         r 
       </mi> 
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          m 
        </mi> 
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          − 
        </mo> 
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         ( 
       </mo> 
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        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           A 
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         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           B 
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        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
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          G 
        </mi> 
        <mrow> 
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           { 
         </mo> 
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          </mfrac> 
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           <mo>
             [ 
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            <mfrac> 
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            </mfrac> 
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              + 
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            </mfrac> 
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             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
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           </mrow> 
          </mfrac> 
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                + 
              </mo> 
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                m 
              </mi> 
             </mrow> 
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               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
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               </mi> 
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              </msup> 
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             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
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         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
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       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(36)</p>
   <p>
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           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
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           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
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            − 
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          <mn>
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          </mn> 
         </mrow> 
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         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
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           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
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              2 
            </mn> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
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            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
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               e 
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                − 
              </mo> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mfrac> 
          <mo>
            + 
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            B 
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           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
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            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
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            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mtext>
               e 
             </mtext> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
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               </mi> 
               <mn>
                 1 
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              </msub> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
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             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mfrac> 
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                <msup> 
                 <mrow> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <mn>
                      2 
                    </mn> 
                    <mo>
                      + 
                    </mo> 
                    <mi>
                      m 
                    </mi> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
              </mfrac> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
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                  4 
                </mn> 
                <mi>
                  ζ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    m 
                  </mi> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mi>
                 Π 
               </mi> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              cosh 
            </mi> 
            <mi>
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            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
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                1 
              </mn> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
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                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mi>
                 Π 
               </mi> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              sinh 
            </mi> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
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             </mn> 
            </msub> 
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               { 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
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                 [ 
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               <mrow> 
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                     ( 
                   </mo> 
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                      2 
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                      + 
                    </mo> 
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                      m 
                    </mi> 
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                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                 <mn>
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                  − 
                </mo> 
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                </mi> 
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                   ( 
                 </mo> 
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                    + 
                  </mo> 
                  <mi>
                    m 
                  </mi> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mfrac> 
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                     2 
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                     ( 
                   </mo> 
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                      − 
                    </mo> 
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                      2 
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                      ζ 
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                    <mo>
                      + 
                    </mo> 
                    <mi>
                      m 
                    </mi> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                 <mi>
                   Π 
                 </mi> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
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                 ] 
               </mo> 
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                 </mi> 
                </msup> 
               </mrow> 
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                  ζ 
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                  Π 
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                + 
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                 </mi> 
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                   2 
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                </msup> 
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               } 
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            </mrow> 
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           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(37)</p>
   <p>
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         ( 
       </mo> 
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          r 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0 
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         ) 
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        = 
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        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(38)</p>
   <p>and</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
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         </mo> 
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            r 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
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           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
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          = 
        </mo> 
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          − 
        </mo> 
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           U 
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         </mo> 
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          </mi> 
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            , 
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            − 
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         </mo> 
        </mrow> 
        <mfrac> 
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            ∂ 
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      </mtr> 
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        <mo>
          = 
        </mo> 
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          − 
        </mo> 
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         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <msup> 
           <mtext>
             e 
           </mtext> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 M 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mi>
               Π 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mi>
                cosh 
              </mi> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    4 
                  </mn> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     ζ 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                 </mrow> 
                 <mi>
                   Π 
                 </mi> 
                </mfrac> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                sinh 
              </mi> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    4 
                  </mn> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     ζ 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                 </mrow> 
                 <mi>
                   Π 
                 </mi> 
                </mfrac> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
                <mi>
                  ζ 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mtext>
                   e 
                 </mtext> 
                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mi>
                 Π 
               </mi> 
              </mfrac> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mi>
                   ξ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(39)</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Test Cases</title>
   <p>The solution presented herein incorporates several features which should be of interest to those working with numerical models. The inclusion of wind stress, baroclinic forcing, vertical mixing, bottom friction, nonlinear bottom slope, and horizontal and vertical velocity gives a broad spectrum of conditions against which model features can be tested. The availability of complete solutions for velocity provides the means for verification of the computed flow field, which is in many practical cases the most important aspect of a problem. The solutions for two-dimensional polar geometry are especially interesting, since they can be used to compare with three-dimensional numerical model outputs in a Cartesian coordinate system.</p>
   <p>Here, two analytical evaluations have been given to compare with the output of a three-dimensional finite element numerical model output, in order to show the utility of the analytical solution. At the same time, they also show a sensitivity to vertical viscosity which is of considerable practical importance. The detailed description of the three-dimensional finite element model, LACOM3D, (Lake and Coastal Model in Three-Dimensions), and an extensive comparison with different analytical solutions are left to a future study.</p>
   <p>We solve this problem on the mesh depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig2(a)">
     Figure 2(a)
    </xref>, with 825 nodes and 1536 triangular elements in the horizontal and 16 evenly spaced levels in the vertical. The bottom slope, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2(b)">
     Figure 2(b)
    </xref>, is quadratic in r (radius) such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          6.25 
        </mn> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mn>
            10 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            9 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mtext>
         m 
       </mtext> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. At the surface, the heat flux, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        5 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        C 
      </mtext> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mtext>
         s 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, and the wind stress, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        5 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          11 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        m 
      </mtext> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mtext>
         s 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, are applied with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ω 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        7.27205 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mtext>
         s 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> corresponding to a forcing period of 24 hours. The temperature at the bottom, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4 
      </mn> 
      <mo>
        ˚ 
      </mo> 
      <mtext>
        C 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>, and the bottom friction are specified in the examples. The unforced open boundary is applied at both the inner and outer boundaries. The temperature volume expansion coefficient, a<sub>T</sub>, is determined by a linear least square fit of the general relationship between density and temperature for freshwater, which is −0.169695 kg·m<sup>−</sup><sup>3</sup> ˚C<sup>−</sup><sup>1</sup>. The diffusivity coefficient, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mtext>
         s 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> corresponding to a spin-up time of approximately 1 day, is used during the test period. The numerical model was run from rest. The baroclinic term is computed in the σ coordinate system in LACOM3D as opposed to the z-level coordinate system. The time step is 10 seconds.</p>
   <fig-group id="fig3" position="float">
    <fig id="fig3" position="float">
     <label>Figure 3</label>
     <caption>
      <title>(a)--(b)--Figure 2. (a) Plan view of the quarter annulus with inner and outer boundaries. (b) Cross-sectional view of the quarter annulus with quadratic bottom dependence.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1723804-rId165.jpeg?20240820025048" />
    </fig>
    <fig id="fig3" position="float">
     <label>Figure 3</label>
     <caption>
      <title>(a)--(b)--Figure 2. (a) Plan view of the quarter annulus with inner and outer boundaries. (b) Cross-sectional view of the quarter annulus with quadratic bottom dependence.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1723804-rId166.jpeg?20240820025048" />
    </fig>
   </fig-group>
   <p>
    <xref ref-type="fig" rid="fig3(a)">
     Figure 3(a)
    </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig3(b)">
     Figure 3(b)
    </xref> display the results for Pr = 1. Since the strongest wind stress and maximum heat flux at the surface are at t = 0 and at 24-hour intervals, and also because the spin-up time is about 24 hours, in <xref ref-type="fig" rid="fig3(a)">
     Figure 3(a)
    </xref> the comparison of currents and temperatures along a radial cross-section between the analytical and the numerical model outputs at t = 24 hours is given. It can be seen that after a 24-hour spin-up time, the numerical model output matches the analytical result very well. It also shows that the upper portion is dominated by the wind and the lower portion is driven by the broclinic forcing. <xref ref-type="fig" rid="fig3(b)">
     Figure 3(b)
    </xref> shows that after 102 hours when the external forces are minimal, the baroclinic term controls most of the water body except near the surface due to inertia. Moreover, after four cycles the numerical model does not show any evidence of error accumulation.</p>
   <fig-group id="fig4" position="float">
    <fig id="fig4" position="float">
     <label>Figure 4</label>
     <caption>
      <title>(a)--(b)--Figure 3. (a) Comparison of currents and temperature along a radial cross-section between the analytical and the numerical model output for viscosity equal to temperature diffusivity after 24 hours (when external forces are at their maxima). (b) The same comparison as (a) after 102 hours (as external forces are minimal)</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1723804-rId167.jpeg?20240820025048" />
    </fig>
    <fig id="fig4" position="float">
     <label>Figure 4</label>
     <caption>
      <title>(a)--(b)--Figure 3. (a) Comparison of currents and temperature along a radial cross-section between the analytical and the numerical model output for viscosity equal to temperature diffusivity after 24 hours (when external forces are at their maxima). (b) The same comparison as (a) after 102 hours (as external forces are minimal)</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1723804-rId168.jpeg?20240820025048" />
    </fig>
   </fig-group>
   <p>The second test uses the same parameters as the first one except that vertical eddy viscosity is 10 times larger than the temperature diffusivity. The results are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig4(a)">
     Figure 4(a)
    </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig4(b)">
     Figure 4(b)
    </xref>. It is obvious that not only the velocity profile is much weaker, but also they are more uniform due to the higher viscosity. These solutions show sensitivity to vertical viscosity, which is of considerable practical importance, and as a result, they constitute a useful test case.</p>
   <fig-group id="fig5" position="float">
    <fig id="fig5" position="float">
     <label>Figure 5</label>
     <caption>
      <title>(a)--(b)--Figure 4. (a) The same comparison as Figure 2(a) except for a viscosity 10 times larger than the temperature diffusivity. (b) The same comparison as Figure 3(a) after 102 hours of the simulated real-time.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1723804-rId169.jpeg?20240820025048" />
    </fig>
    <fig id="fig5" position="float">
     <label>Figure 5</label>
     <caption>
      <title>(a)--(b)--Figure 4. (a) The same comparison as Figure 2(a) except for a viscosity 10 times larger than the temperature diffusivity. (b) The same comparison as Figure 3(a) after 102 hours of the simulated real-time.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1723804-rId170.jpeg?20240820025048" />
    </fig>
   </fig-group>
   <p>Figure 4. (a) The same comparison as <xref ref-type="fig" rid="fig2(a)">
     Figure 2(a)
    </xref> except for a viscosity 10 times larger than the temperature diffusivity. (b) The same comparison as <xref ref-type="fig" rid="fig3(a)">
     Figure 3(a)
    </xref> after 102 hours of the simulated real-time.</p>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Conclusions</title>
   <p>Analytical solutions for baroclinic and wind forcing with internal and bottom friction and varying depth have been given. The solutions differ depending on whether or not the temperature diffusivity is equal to the vertical viscosity. All terms included in the analytical solution are important factors for any three-dimensional numerical models, so it should be a useful tool for verifying three-dimensional models and evaluating different numerical schemes. Though the analytical solution represents a two-dimensional domain in the radial coordinate system, it does not reduce its usefulness for verifying three-dimensional numerical models as most models are constructed using a Cartesian coordinate system.</p>
   <p>An obvious improvement to the analytical solutions obtained in this paper would be to include the free surface term. Moreover, the inclusion of advection and rotation would be valuable. Continual research into the development of analytical solutions for wider ranges of numerical model testing will be pursued in the future.</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>Acknowledgements</title>
   <p>The support received from the National Water Research Institute, Environment Canada is greatly appreciated.</p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>Appendix</title>
   <sec id="s6_1">
    <title>Appendix A: Details of the Particular Solution</title>
    <p>For ease of presentation, we rewrite Equation (17) as:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ρ 
          </mi> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <msup> 
            <mtext>
              e 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             cosh 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mi>
             sinh 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(A1)</p>
    <p>The right-hand side can be rearranged in exponential function form as:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ρ 
          </mi> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(A2)</p>
    <p>The expression (A2) can be classified as three different forms which are:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>(A3)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(A4)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(A5)</p>
    <p>The left-hand side of (A1) can be written as:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>(A6)</p>
    <p>where 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>. The solution for RH1 term is:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(A7)</p>
    <p>In order to solve RH2 term the following formulas have to be used depending on weather 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> or 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. For the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> case,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(A8)</p>
    <p>therefore</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(A9)</p>
    <p>For the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> case, due to 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, the formula (A8) is unsuitable. In this case</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(A10)</p>
    <p>has to be used. So</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(A11)</p>
    <p>By applying the formula</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(A12)</p>
    <p>the RH3 term can be solved as:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 D 
               </mi> 
               <mo>
                 ± 
               </mo> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(A13)</p>
    <p>In order to solve u<sub>3</sub>, the conditions for 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> have to be considered separately. For the case 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, let:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(A14)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> represents the D terms of higher than the first Power. Multiplying two sides of (A14) by 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ζ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and only keeping the D terms of less than the second power, the constants c<sub>0</sub> and c<sub>1</sub> can be computed by comparing the terms of the same power in D on the two sides of (A15),</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>(A15)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(A16)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>(A17)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ∓ 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(A18)</p>
    <p>So u<sub>3</sub> can be obtained as</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             ∓ 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ξ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mfrac> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             ∓ 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ξ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(A19)</p>
    <p>When 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, the above method is unable to resolve c<sub>0</sub> and c<sub>1</sub>. However, by rearranging 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> in (A13) as:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ± 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(A20)</p>
    <p>and applying the following formula:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <munder> 
         <mrow> 
          <mstyle displaystyle="true"> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ⋯ 
             </mo> 
             <mstyle displaystyle="true"> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∫ 
               </mo> 
               <mtext>
                   
               </mtext> 
              </mrow> 
             </mstyle> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mstyle> 
         </mrow> 
         <mo stretchy="true">
           ︸ 
         </mo> 
        </munder> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>(A21)</p>
    <p>and as before, expand 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> as a polynomial of D: the solution (A13) becomes:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           ± 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mo>
               ± 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mi>
                D 
              </mi> 
              <mo>
                ± 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ± 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
                <msup> 
                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
              <mfrac> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <mi>
                  σ 
                </mi> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mtext>
              e 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mo>
               ± 
             </mo> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msup> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ± 
           </mo> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(A22)</p>
    <p>Combining solutions for RH1, RH2 and RH3 with corresponding factors, the particular solution for Equation (A1) can be obtained. When 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            Q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mo>
             ≠ 
           </mo> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ρ 
            </mi> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
             <msup> 
              <mtext>
                e 
              </mtext> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  ζ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mtext>
              e 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mtext>
              e 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <msup> 
            <mtext>
              e 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mmultiscripts> 
            <mrow></mrow> 
            <mprescripts /> 
            <none /> 
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              2 
            </mn> 
           </mmultiscripts> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ρ 
            </mi> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mi>
               cosh 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mtext>
                   
               </mtext> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   4 
                 </mn> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ξ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
               </mfrac> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               sinh 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mtext>
                   
               </mtext> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mtext>
                  e 
                </mtext> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                 <mi>
                   σ 
                 </mi> 
                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  ζ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   4 
                 </mn> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ζ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    ξ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
               </mfrac> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(A23)</p>
    <p>and when 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            Q 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ρ 
            </mi> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <msup> 
              <mtext>
                e 
              </mtext> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  M 
                </mi> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <msup> 
            <mtext>
              e 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <msub> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <msup> 
              <mtext>
                e 
              </mtext> 
              <mrow> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <msub> 
            <mi>
              ρ 
            </mi> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              ζ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msub> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <msup> 
              <mtext>
                e 
              </mtext> 
              <mrow> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mi>
                ζ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mtable> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
           </mtable> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mi>
               sinh 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mtext>
                   
               </mtext> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               cosh 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <mtext>
                   
               </mtext> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(A24)</p>
   </sec>
   <sec id="s6_2">
    <title>Appendix B: Vertical Velocity for the Case 

     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
       <mi>
        
   ξ
  
       </mi>
  
       <mo>
        
   =
  
       </mo>
  
       <mi>
        
   ζ
  
       </mi>
 
      </mrow>

     </math></title>
    <p>Due to the fact that the particular solution to Equation (17) is different for the cases 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, the constants A and B in solution (20) and the solution for the vertical velocity will be different in the two different cases. Here, the final results for the case 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> are given, which can be obtained by a similar method in the case 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> as mentioned before</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>(B1)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ζ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
              <mi>
                b 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mi>
             sinh 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
              <mi>
                b 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mi>
             cosh 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(B2)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              τ 
            </mi> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(B3)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <msub> 
          <mi>
            ρ 
          </mi> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>(B4)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
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                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   m 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   ζ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
                <mi>
                  b 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
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            <mtext>
              e 
            </mtext> 
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            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
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             <msub> 
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                τ 
              </mi> 
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             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </msub> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            1 
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         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
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             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
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                 1 
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              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
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                 </mi> 
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                   + 
                 </mo> 
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                   1 
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                </mrow> 
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                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <msub> 
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                  τ 
                </mi> 
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               </msub> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             cosh 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ζ 
               </mi> 
               <msub> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
                <mi>
                  b 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               ζ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             sinh 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(B5)</p>
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          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                r 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
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          <mo>
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           = 
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             − 
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             A 
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              ( 
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                e 
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               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mtext>
                e 
              </mtext> 
              <mrow> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mtable> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
           </mtable> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                [ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ( 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     σ 
                   </mi> 
                   <mo>
                     + 
                   </mo> 
                   <mfrac> 
                    <mn>
                      1 
                    </mn> 
                    <mi>
                      ξ 
                    </mi> 
                   </mfrac> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    ) 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ( 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     m 
                   </mi> 
                   <mo>
                     + 
                   </mo> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    ) 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ( 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     m 
                   </mi> 
                   <mo>
                     + 
                   </mo> 
                   <mn>
                     3 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    ) 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                </mrow> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
               </mfrac> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  σ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   4 
                 </mn> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   3 
                 </mn> 
                 <mi>
                   m 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                 <mi>
                   ξ 
                 </mi> 
                 <mtext>
                     
                 </mtext> 
                 <mi>
                   σ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mo>
                ] 
              </mo> 
             </mrow> 
             <msup> 
              <mtext>
                e 
              </mtext> 
              <mrow> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <msup> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <mi>
                 σ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <msup> 
              <mi>
                σ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             sinh 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mi>
               σ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mtable> 
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                </mtext> 
               </mtd> 
              </mtr> 
              <mtr> 
               <mtd> 
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                </mtext> 
               </mtd> 
              </mtr> 
              <mtr> 
               <mtd> 
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                </mtext> 
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               − 
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                    ) 
                  </mo> 
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                  </mo> 
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                    ) 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
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                    ( 
                  </mo> 
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                     m 
                   </mi> 
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                     + 
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                    ) 
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                </mrow> 
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                  ] 
                </mo> 
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                  ( 
                </mo> 
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                 </mi> 
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                 </mi> 
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                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
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                } 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
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              } 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
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     </math>(B7)</p>
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          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
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           , 
         </mo> 
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           0 
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          ) 
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       </mrow> 
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         = 
       </mo> 
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         h 
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          [ 
        </mo> 
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             + 
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           </mi> 
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         </mfrac> 
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            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             G 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
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               m 
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            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
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              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
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              ) 
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          </mrow> 
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         </mfrac> 
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          <mo>
            ( 
          </mo> 
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              M 
            </mi> 
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            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
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          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(B8)</p>
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         <mrow> 
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            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
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          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
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           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
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          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
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            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
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               2 
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               + 
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               + 
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               m 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mfrac> 
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                e 
              </mtext> 
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                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mtext>
                e 
              </mtext> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mtable> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
           </mtable> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                [ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   4 
                 </mn> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   3 
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                   m 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
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                 </mn> 
                 <mi>
                   ξ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mfrac> 
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                 <mrow> 
                  <mo>
                    ( 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mfrac> 
                    <mn>
                      1 
                    </mn> 
                    <mi>
                      ξ 
                    </mi> 
                   </mfrac> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <mn>
                     1 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    ) 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ( 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     m 
                   </mi> 
                   <mo>
                     + 
                   </mo> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    ) 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ( 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     m 
                   </mi> 
                   <mo>
                     + 
                   </mo> 
                   <mn>
                     3 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    ) 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                </mrow> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ] 
              </mo> 
             </mrow> 
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                e 
              </mtext> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
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                  m 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
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              </mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
             </mfrac> 
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            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
            1 
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            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mn>
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            </mi> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
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              [ 
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            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
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                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
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                 m 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <msup> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             sinh 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
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              </mtext> 
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              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
            <mtr> 
             <mtd> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
             </mtd> 
            </mtr> 
           </mtable> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
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                  ξ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
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             </mfrac> 
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                [ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
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                <mrow> 
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                   + 
                 </mo> 
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                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
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                  ξ 
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                <mn>
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               </msup> 
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                 + 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
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                   m 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   2 
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                  ) 
                </mo> 
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                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   m 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
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                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
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              <mo>
                ] 
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              } 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(B9)</p>
    <p>
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          ( 
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           r 
         </mi> 
         <mo>
           , 
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         <mn>
           0 
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          ) 
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      </mrow> 
     </math>(B10)</p>
    <p>
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             r 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             − 
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             1 
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          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
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           <mn>
             2 
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              ( 
            </mo> 
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               m 
             </mi> 
             <mo>
               − 
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               1 
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              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msup> 
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          <mi>
            h 
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          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             A 
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            <mtext>
              e 
            </mtext> 
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               − 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
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            </mrow> 
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           <mo>
             + 
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              e 
            </mtext> 
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              ξ 
            </mi> 
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           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             G 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
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                M 
              </mi> 
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                  ( 
                </mo> 
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                 <mi>
                   ξ 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   m 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
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                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <msup> 
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                  e 
                </mtext> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mfrac> 
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                 <mn>
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                   m 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
               </mfrac> 
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              <mo>
                ] 
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             </mrow> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
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               + 
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              <mi>
                M 
              </mi> 
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                [ 
              </mo> 
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               <mrow> 
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                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   m 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
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                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 cosh 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
               <mi>
                 sinh 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
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                ] 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(B11)</p>
   </sec>
  </sec>
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