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    jamp
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    <journal-title>
     Journal of Applied Mathematics and Physics
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   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2327-4352
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   <issn publication-format="print">
    2327-4379
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/jamp.2025.135104
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   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    jamp-142905
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     <subject>
      Articles
     </subject>
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     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
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   <title-group>
    Numerical Simulation of Predator-Prey Patterns in Marine Organisms
   </title-group>
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    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Shuai
      </surname>
      <given-names>
       Zhang
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Zhiyuan
      </surname>
      <given-names>
       Li
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
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    <addr-line>
     aDepartment of Mathematics, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot, China
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   <pub-date pub-type="epub">
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     08
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     2025
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   <volume>
    13
   </volume> 
   <issue>
    05
   </issue>
   <fpage>
    1858
   </fpage>
   <lpage>
    1873
   </lpage>
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      22,
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      2025
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      April
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      2025
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    <date date-type="accepted">
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      25,
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      2025
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    This paper mainly investigates the application of predator-prey systems. By deriving the first-order principles of the stochastic partial differential equations, we analyzed the stability of the model at the equilibrium point. The coefficients of the outgoing amplitude equation were deduced using the Wakefield nonlinear analysis. The model was numerically simulated by setting parameters using the nine-point difference method, and the simulation results are in agreement with the numerical results. In addition, a marine predator-prey model combining the fear effect and refuge environment is proposed in this paper, and the pattern formation mechanism of species coexistence is revealed through theoretical analysis and numerical simulation.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Linear Stability
    </kwd> 
    <kwd>
      Nine-Point Difference Method
    </kwd> 
    <kwd>
      Weakly Nonlinear Analysis
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>The study of marine predator-prey relationships represents a fundamental research focus in marine ecosystems <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-1">
     [1]
    </xref>, encompassing population dynamics, behavioral ecology, trophic cascades, and climate change impacts. The mathematical foundation for predator-prey dynamics was established by Lotka <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-2">
     [2]
    </xref> in 1926 and remains central to theoretical ecology. Arditi <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-3">
     [3]
    </xref> advanced this framework by developing a ratio-dependent model that accounts for predation efficiency variations with population density. Roman <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-4">
     [4]
    </xref> proposed the whale pump theory, demonstrating through field measurements that marine mammals enhance surface primary productivity by releasing nutrient-rich fecal plumes during vertical migrations, thereby promoting nutrient cycling. Subsequent contributions include Philippe <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-5">
     [5]
    </xref> Waswanipi Principle explaining nonlinear dynamics in small pelagic fish-predator systems, Dell <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-6">
     [6]
    </xref> findings on temperature-driven metabolic acceleration in ectothermic predators, and Munday <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-7">
     [7]
    </xref> research showing how ocean acidification impairs larval olfactory cue detection. Collectively, these studies reveal that persistent acidification may critically impair sensory functions, reduce population viability, and profoundly impact marine biodiversity.</p>
   <p>In natural ecosystems, species interactions <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-8">
     [8]
    </xref> and spatial distribution patterns <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-9">
     [9]
    </xref> play crucial roles in maintaining ecosystem stability and biodiversity <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-10">
     [10]
    </xref>. Recent advances in ecological research have increasingly focused on understanding spatial species distributions and their impacts on population dynamics. Notably, the fear effect <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-11">
     [11]
    </xref> and Allee effect <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-12">
     [12]
    </xref> have emerged as key factors influencing species distributions and population behaviors, attracting significant research attention. The fear effect characterizes prey psychological and behavioral responses to predator presence <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-13">
     [13]
    </xref>, while the Allee effect demonstrates how population density affects both the species itself and its predators. These mechanisms critically influence species survival and ecosystem functioning.</p>
   <p>This chapter presents a marine predator-prey model incorporating fear effects and refuge environments <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-14">
     [14]
    </xref>, where prey and predator populations are represented by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        X 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Y 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> respectively. The model introduces a fear factor 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        F 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          Y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> quantifying fear intensity-reflecting how anti-predator behaviors induced by predator presence reduce prey reproduction rates and consequently alter population dynamics. The proposed predator-prey system is formulated as follows:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              X 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mi>
              X 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mi>
              Y 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mi>
               X 
             </mi> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                X 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 b 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               c 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              X 
            </mi> 
            <mi>
              Y 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              X 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              Y 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            Y 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 s 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mi>
                Y 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                X 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 K 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(1)</p>
   <p>In the equations, the fear term 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mi>
          Y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> captures observed anti-predator</p>
   <p>behaviors, such as reduced foraging in damselfish exposed to predator cues. The refuge parameter 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> quantifies physical protection, analogous to seagrass beds</p>
   <p>shielding juvenile fish. while 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> incorporates both the environmental carrying capacity 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       K 
     </mi> 
    </math> and Allee effect for the prey population. The term 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mi>
          Y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> quantifies the predation rate on the prey. The second equation component 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mi>
          Y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> describes the predator population dynamics. <xref ref-type="table" rid="table1">
     Table 1
    </xref></p>
   <p>provides the biological interpretations of all parameters in these equations. To nondimensionalize the system, we introduce the following transformations:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           Y 
         </mi> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Then Equation (1) transforms into:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mi>
                  b 
                </mi> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mi>
                c 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mi>
                    e 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   k 
                 </mi> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              . 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(2)</p>
   <p>To simulate the spatial dispersal of marine organisms, we incorporate diffusion terms into Equation (2). This modification captures both the predator’s prey-tracking behavior and the dynamic relationship between predator velocity and prey diffusion rates <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-15">
     [15]
    </xref>. The resulting reaction-diffusion system is formulated as follows:</p>
   <table-wrap id="table1">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table1">
      Table 1
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-"></xref>Table 1. Parameter and Biological significance in the model.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">Parameter</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="86.37%"><p style="text-align:center">Ecological Significance</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           a 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Prey growth rate</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           K 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Environmental carrying capacity for prey species</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Maximum predation rate on prey</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Refuge efficacy: 0.1 - 0.3 for coral reef crevices</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Effect constant</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Effect constant</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Population growth rate of predators</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Predator death rate</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Degree of environmental refuge for predators</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="aleft" width="86.37%"><p style="text-align:left">Fear intensity: Measured as 0.3 - 0.6 in lab studies of clownfish</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                b 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(3)</p>
   <p>here, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> represents the Laplacian operator in two-dimensional space. This model incorporates both fear effects and refuge mechanisms, establishing a comprehensive ecological dynamics framework that accurately characterizes spatial predator-prey interactions in natural environments—interactions that directly govern population stability and evolutionary dynamics. Through theoretical analysis of Equation (3), we elucidate the pattern formation mechanisms underlying species coexistence, where marine ecological patterns fundamentally reflect spatial population distributions. These findings not only provide theoretical foundations for interpreting complex ecological phenomena, but also deliver critical scientific support for formulating ecosystem conservation strategies and management policies.</p>
   <p>Recent studies have demonstrated that spatial patterns in marine ecosystems, such as phytoplankton blooms and predator hotspots, directly influence nutrient cycling and species survival. Our model’s simulated patterns (e.g., spots and stripes in <xref ref-type="fig" rid="figFigures 1-4">
     Figures 1-4
    </xref>) may reflect real-world phenomena like:</p>
   <p>1) Prey aggregation in refuge zones (e.g., coral reefs);</p>
   <p>2) Predator-driven “fear landscapes” altering prey migration.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Linear Stability Analysis</title>
   <p>This section investigates the equilibrium solutions of Equation (4) in the absence of diffusion. We consider the following nonlinear system:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mi>
                  b 
                </mi> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mi>
                c 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mfrac> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mi>
                    e 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   k 
                 </mi> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              . 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(4)</p>
   <p>Analysis reveals that Equation (4) possesses a unique equilibrium point 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> given by:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(5)</p>
   <p>where, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        N 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msqrt> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              b 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                b 
              </mi> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <msub> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msqrt> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>To analyze the stability of the equilibrium point, we first compute the first-order partial derivatives of Equation (4) at the equilibrium:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
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            <mi>
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            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The Jacobian matrix of Equation (4) at the equilibrium point 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                g 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                g 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(6)</p>
   <p>The characteristic equation corresponding to Equation (4) at the equilibrium point:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(7)</p>
   <p>where, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> denotes the trace of the Jacobian matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math>, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> represents the determinant of the Jacobian matrix 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math>.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>According to the Routh-Hurwitz stability criterion <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-16">
     [16]
    </xref>, we obtain <xref ref-type="table" rid="table2">
     Table 2
    </xref>. The stability analysis in <xref ref-type="table" rid="table2">
     Table 2
    </xref> demonstrates that the equilibrium point is locally asymptotically stable when 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <table-wrap id="table2">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table2">
      Table 2
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-"></xref>Table 2. Judgment of stability.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter"><p style="text-align:center">Trace of a matrix ( 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </math>)</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter"><p style="text-align:center">Determinant of a matrix ( 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           Δ 
         </mi> 
        </math>)</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <mi>
            Δ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter"><p style="text-align:center">Stability</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter"><p style="text-align:center">Stable</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center">Stable</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center">Unstable</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center">Unstable</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mo>
            ∀ 
          </mo> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mo>
            &lt; 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mo>
            ∀ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter"><p style="text-align:center">Unstable</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Weakly Nonlinear Analysis</title>
   <p>Above, we analyze the dynamical behavior of fractional non-diffusive ordinary differential equations. In this section, we will reveal various spatiotemporal behaviors around the Turing bifurcation threshold 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       d 
     </mi> 
    </math> and derive the amplitude equations associated with the Equation (3) using multiscale and weakly nonlinear analytical methods.</p>
   <p>Apply a perturbation to the equilibrium point 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, such that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ˜ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ˜ 
       </mo> 
      </mover> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          ˜ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ˜ 
       </mo> 
      </mover> 
     </mrow> 
    </math>, and bringing them into Equation (3) and performing a Taylor expansion, yields</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
              11 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
              12 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
              20 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
              02 
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           <mover accent="true"> 
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            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
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              c 
            </mi> 
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              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
              11 
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             u 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
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              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
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              ˜ 
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          <msub> 
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              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
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              ˜ 
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           <mn>
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            <mi>
              c 
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           <mrow> 
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            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
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              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
              12 
            </mn> 
           </mrow> 
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          <mover accent="true"> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
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            <mover accent="true"> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
              11 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
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            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
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            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
              02 
            </mn> 
           </mrow> 
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          <msup> 
           <mover accent="true"> 
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              v 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
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            + 
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          <msub> 
           <mover accent="true"> 
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              d 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mn>
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           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
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            </mi> 
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              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
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            </mi> 
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              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mo>
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              e 
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              f 
            </mi> 
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            <mo>
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           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
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        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          12 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          21 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          30 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mn>
          6 
        </mn> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          03 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0. 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>For facilitate writing, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ˜ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ˜ 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> will still be recorded as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       v 
     </mi> 
    </math> below. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        U 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mtext>
         T 
       </mtext> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, Equation (8) can be simplified as</p>
   <p>
    <math 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> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mi>
        U 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(9)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
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          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
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          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
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            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>where</p>
   <p>
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        M 
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        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
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                ˜ 
              </mo> 
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              + 
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                v 
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              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
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               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
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               u 
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             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
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               c 
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                ˜ 
              </mo> 
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              + 
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             <mi>
               c 
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                v 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
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              + 
            </mo> 
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               c 
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              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
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               ˜ 
             </mo> 
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              + 
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             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
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                ˜ 
              </mo> 
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                ˜ 
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             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
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               v 
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             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              + 
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                ˜ 
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              + 
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              </mo> 
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                ˜ 
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             </mn> 
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               v 
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               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                12 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi mathvariant="script">
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       L 
     </mi> 
    </math> denotes a linear operator, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       N 
     </mi> 
    </math> represents a nonlinear operator.</p>
   <p>Subsequently, by expanding the parameter 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       b 
     </mi> 
    </math>, the solution 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       U 
     </mi> 
    </math> and the nonlinear term 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       N 
     </mi> 
    </math>, with a sufficiently small parameter 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math>, we obtain:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msup> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi mathvariant="script">
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(10)</p>
   <p>Develop the variable 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       U 
     </mi> 
    </math> and the nonlinear term 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       N 
     </mi> 
    </math> in relation to this minor parameter:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        U 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi mathvariant="script">
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(11)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msup> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi mathvariant="script">
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(12)</p>
   <p>where</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                20 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                20 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                20 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                30 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                21 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                20 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                30 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                21 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Decompose operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       L 
     </mi> 
    </math> into the following form:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        N 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>where</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                12 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                21 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               a 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msubsup> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        N 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                12 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                21 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Using the multiple-scale approach, we obtain the 1<sup>st</sup> order of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0. 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(13)</p>
   <p>The solution of the Equation (13) is</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <munderover> 
       <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
        <mo>
          ∑ 
        </mo> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </munderover> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           W 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             q 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(14)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϕ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            12 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            11 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mtext> 
           </mtext> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Additionally, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Z 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> denotes the amplitude associated with the mode of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>The 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> order of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        N 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(15)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> are the coefficients with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> respectively.</p>
   <p>In line with the Fredholm solvability condition, for Equation (15) to possess a nontrivial solution, the vector function on the right-hand side must be perpendicular to the zero eigenvalue of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msubsup> 
     </mrow> 
    </math>. The zero eigenvector of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        j 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mn>
        3 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(16)</p>
   <p>with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        β 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            11 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            21 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>. From the orthogonal condition:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        j 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mn>
        3. 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(17)</p>
   <p>Utilizing the Fredholm solvability condition as stated in (17), we arrive at the following:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               Z 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             Z 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Z 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Z 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               Z 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             Z 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Z 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Z 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               Z 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             Z 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Z 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Z 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(18)</p>
   <p>where</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                11 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                21 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              20 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              11 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
          <msub> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              20 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              11 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Next, higher-order disturbance terms are introduced:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtable> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
          </mtable> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtable> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 U 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
          </mtable> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </munderover> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtable> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 U 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
          </mtable> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             q 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </munderover> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtable> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 U 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  j 
                </mi> 
                <mi>
                  j 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  j 
                </mi> 
                <mi>
                  j 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
          </mtable> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             q 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtable> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 U 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mn>
                  12 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mn>
                  12 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
          </mtable> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               q 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               q 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtable> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 U 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mn>
                  23 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mn>
                  23 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
          </mtable> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               q 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               q 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtable> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 U 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mn>
                  31 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
           <mtr> 
            <mtd> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mn>
                  31 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mtd> 
           </mtr> 
          </mtable> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               q 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               q 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(19)</p>
   <p>From the orthogonal condition, we obtain:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 X 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 S 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 Z 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 S 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               Z 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               X 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
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           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               g 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               g 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
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             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
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             ( 
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                 Z 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 X 
               </mi> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo stretchy="true">
               ¯ 
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            </mover> 
            <mo>
              + 
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            <mover accent="true"> 
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              <msub> 
               <mi>
                 Z 
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                 3 
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                 X 
               </mi> 
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               ¯ 
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            </mover> 
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           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
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          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
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               <mi>
                 P 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
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                + 
              </mo> 
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                β 
              </mi> 
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               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
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                <msub> 
                 <mi>
                   Z 
                 </mi> 
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                   1 
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                </msub> 
               </mrow> 
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                 | 
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              + 
            </mo> 
            <mrow> 
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               ( 
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                 P 
               </mi> 
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               </mn> 
              </msub> 
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                + 
              </mo> 
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                β 
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                 T 
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                   | 
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                     Z 
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                     2 
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               </mrow> 
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                + 
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                   <mi>
                     Z 
                   </mi> 
                   <mn>
                     3 
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                   | 
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               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             Z 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
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            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
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                ∂ 
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                 X 
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             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
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                 S 
               </mi> 
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                 1 
               </mn> 
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             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
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                ∂ 
              </mo> 
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                 Z 
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               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 S 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mn>
             0 
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          </msub> 
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             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               Z 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
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               b 
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             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               X 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               g 
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               1 
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            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
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              β 
            </mi> 
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               g 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
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             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
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             ( 
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               </mi> 
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                 1 
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              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 X 
               </mi> 
               <mn>
                 3 
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             </mrow> 
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               ¯ 
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            </mover> 
            <mo>
              + 
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            <mover accent="true"> 
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              <msub> 
               <mi>
                 Z 
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                 3 
               </mn> 
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                 X 
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               <mn>
                 1 
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               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
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           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 P 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
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             </mrow> 
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               ) 
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                 | 
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                <msub> 
                 <mi>
                   Z 
                 </mi> 
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                   2 
                 </mn> 
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                 | 
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              + 
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               ( 
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                 P 
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                + 
              </mo> 
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                β 
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                 T 
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               <mn>
                 2 
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             </mrow> 
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               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
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                     Z 
                   </mi> 
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                     1 
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                   | 
                 </mo> 
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               </mrow> 
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                + 
              </mo> 
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                   | 
                 </mo> 
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                   <mi>
                     Z 
                   </mi> 
                   <mn>
                     3 
                   </mn> 
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                 </mrow> 
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                   | 
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               </mn> 
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               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
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           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             Z 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 X 
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                 3 
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                ∂ 
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                 S 
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               <mn>
                 1 
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            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 Z 
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                 3 
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             </mrow> 
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                ∂ 
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                 S 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
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            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
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             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
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            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
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             <mn>
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            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
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               b 
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            <msub> 
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           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
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             <mi>
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              + 
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             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
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             ( 
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              </msub> 
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                 X 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
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               ¯ 
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            </mover> 
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              + 
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            <mover accent="true"> 
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              <msub> 
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                 Z 
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                 X 
               </mi> 
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               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
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           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
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        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
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          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
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          </mtext> 
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          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
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          </mtext> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
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           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
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               <mi>
                 P 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
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              </mo> 
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              + 
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               ( 
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                 P 
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               </mn> 
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                + 
              </mo> 
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                β 
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               ) 
             </mo> 
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                     Z 
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                     2 
                   </mn> 
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                + 
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                   | 
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                   <mi>
                     Z 
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       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          11 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            00 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        6 
      </mn> 
      <msub> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          12 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The amplitude 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the coefficient of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> at each level, then</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ε 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         Z 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <msub> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi mathvariant="script">
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(20)</p>
   <p>Substituting Equations (18) and (20) into (20), we get the following amplitude equations:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                A 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mover accent="true"> 
                  <mi>
                    A 
                  </mi> 
                  <mo>
                    ¯ 
                  </mo> 
                 </mover> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msub> 
                   <mover accent="true"> 
                    <mi>
                      A 
                    </mi> 
                    <mo>
                      ¯ 
                    </mo> 
                   </mover> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msub> 
                   <mover accent="true"> 
                    <mi>
                      A 
                    </mi> 
                    <mo>
                      ¯ 
                    </mo> 
                   </mover> 
                   <mn>
                     3 
                   </mn> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                A 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               1 
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            </msub> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mover accent="true"> 
                  <mi>
                    A 
                  </mi> 
                  <mo>
                    ¯ 
                  </mo> 
                 </mover> 
                 <mn>
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               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
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                <mrow> 
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                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msub> 
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                      A 
                    </mi> 
                    <mo>
                      ¯ 
                    </mo> 
                   </mover> 
                   <mn>
                     1 
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                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
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                 2 
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                + 
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              <msup> 
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                <mrow> 
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                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
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                      ¯ 
                    </mo> 
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                   <mn>
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                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
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            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
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           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
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          </mi> 
          <msub> 
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            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             3 
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          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
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          <msub> 
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            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
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           </mover> 
           <mn>
             1 
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          <msub> 
           <mover accent="true"> 
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              A 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
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            </msub> 
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                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
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                    A 
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                  <mo>
                    ¯ 
                  </mo> 
                 </mover> 
                 <mn>
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              + 
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             <mo>
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                 </mo> 
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                      A 
                    </mi> 
                    <mo>
                      ¯ 
                    </mo> 
                   </mover> 
                   <mn>
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                   | 
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                + 
              </mo> 
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               <mrow> 
                <mrow> 
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                   | 
                 </mo> 
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                      A 
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                    <mo>
                      ¯ 
                    </mo> 
                   </mover> 
                   <mn>
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                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
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               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
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            <mo>
              ¯ 
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           </mover> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(21)</p>
   <p>where</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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         τ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
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        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          β 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
        </msub> 
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           [ 
         </mo> 
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           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
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            <msub> 
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              + 
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            <msub> 
             <mi>
               b 
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           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
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             ( 
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              + 
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           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
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        , 
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      <mfrac> 
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        </msup> 
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        <mn>
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           c 
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             ( 
           </mo> 
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             ) 
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            + 
          </mo> 
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             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
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        , 
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           P 
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           T 
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         <mi>
           c 
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             ( 
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              + 
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               b 
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           </mrow> 
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             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
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            + 
          </mo> 
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                21 
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            <mo>
              + 
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             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
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            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
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        , 
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     </mrow> 
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        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
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           P 
         </mi> 
         <mn>
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         </mn> 
        </msub> 
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          + 
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           T 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
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        <msub> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
        </msub> 
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           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
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             ( 
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                11 
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            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                12 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                21 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               b 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mn>
                22 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Given that each amplitude 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> in Equation (21) can be broken down into the mode 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and the phase angle 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, upon inserting 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> into Equation (21) and partitioning the real and imaginary components, we derive the subsequent equation:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              γ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            sin 
          </mi> 
          <mi>
            γ 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            cos 
          </mi> 
          <mi>
            γ 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            cos 
          </mi> 
          <mi>
            γ 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            cos 
          </mi> 
          <mi>
            γ 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(22)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        γ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. The solutions to Equation (22) are as follows. Refer to <xref ref-type="table" rid="table3">
     Table 3
    </xref> for details.</p>
   <table-wrap id="table3">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table3">
      Table 3
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142905-"></xref>Table 3. Numerical simulation parameter values were calibrated from empirical studies.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="25.94%"><p style="text-align:center">Conditions</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="48.00%"><p style="text-align:center">Solution</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="26.06%"><p style="text-align:center">Pattern shape</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="25.94%"><p style="text-align:center">—</p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="48.00%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="26.06%"><p style="text-align:center">Stationary state</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="25.94%"><p style="text-align:center">—</p></td> 
      <td class="acenter" width="48.00%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msqrt> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </msqrt> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="26.06%"><p style="text-align:center">Strip pattern</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="25.94%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               χ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <msub> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="48.00%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mi>
               χ 
             </mi> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ± 
            </mo> 
            <msqrt> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 χ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   h 
                 </mi> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
                <msub> 
                 <mi>
                   h 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msqrt> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <msub> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="26.06%"><p style="text-align:center">Hexagon pattern</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="25.94%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msubsup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="48.00%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mi>
               χ 
             </mi> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msqrt> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
          </msqrt> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="26.06%"><p style="text-align:center">Mixed state</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Numerical Simulation</title>
   <p>Parameter values were calibrated from empirical studies:</p>
   <p>1) 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> matches copepod diffusion rates in coastal upwellings;</p>
   <p>2) Fear factor 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> aligns with behavioral experiments on reef fish.</p>
   <p>Earlier, we carried out a theoretical analysis. To observe the dynamic behavior of the Equation (3) with diffusion terms, this section employs the Euler discretization method to numerically simulate Equation (3) on the two-dimensional spatial domain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ω 
      </mtext> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Under the conditions of spatial dimensions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        200 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        200 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and time step 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Δ 
      </mtext> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. With Equation (3), and spatial step 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Δ 
      </mtext> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the discrete grid points are defined as 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Discretizing Equation (3) yields the following equations:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  p 
                </mi> 
                <mi>
                  q 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </msubsup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                b 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <msubsup> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msubsup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
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               v 
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                p 
              </mi> 
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                q 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
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                n 
              </mi> 
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                + 
              </mo> 
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              − 
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               v 
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                p 
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            </msubsup> 
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              Δ 
            </mtext> 
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              t 
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            = 
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          </mi> 
          <msubsup> 
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             v 
           </mi> 
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            <mi>
              p 
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            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
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          </msubsup> 
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             ( 
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                  p 
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             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
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            + 
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           <mrow> 
            <mi>
              p 
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           </mrow> 
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             n 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
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     </mrow> 
    </math>(23)</p>
   <p>where,</p>
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      </msup> 
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          p 
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       </mrow> 
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        = 
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      <mfrac> 
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            p 
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          <mo>
            − 
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            p 
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          <mn>
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            p 
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           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
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            </mi> 
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            + 
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          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              − 
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            </mi> 
           </mrow> 
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          </mo> 
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              p 
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              , 
            </mo> 
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            + 
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              p 
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              , 
            </mo> 
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           ) 
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          − 
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           h 
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     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <msub> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          q 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              q 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          20 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mi>
            q 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          6 
        </mn> 
        <msup> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Set the parameters as 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2.34 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, through calculation, we obtain:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0.2353 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.2836 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2.2122 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        41.5482 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        3.4674 
      </mn> 
      <mtext>
        e 
      </mtext> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        03 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1.1894 
      </mn> 
      <mtext>
        e 
      </mtext> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        04 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.2023 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        5.7010 
      </mn> 
      <mtext>
        e 
      </mtext> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        06 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        8.1532 
      </mn> 
      <mtext>
        e 
      </mtext> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        05. 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The computational results reveal that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, yielding a set of mixed-structure solutions. This indicates that hybrid patterns emerge under these parameter conditions. The initial conditions are chosen as follows:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                0.1 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  a 
                </mi> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  0.5 
                </mn> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mtext>
               * 
             </mtext> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                0.1 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  r 
                </mi> 
                <mi>
                  a 
                </mi> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  0.5 
                </mn> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              . 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Initial conditions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          0.1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            0.5 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> reflect natural plankton fluctuations:</p>
   <p>1) 10% variation matches observed plankton density noise;</p>
   <p>2) Symmetric initial clusters (<xref ref-type="fig" rid="fig2">
     Figure 2
    </xref>) simulate fish schooling around reefs.</p>
   <p>Numerical simulations under these parameters yield <xref ref-type="fig" rid="fig1">
     Figure 1
    </xref>, exhibiting a hybrid state of spots and stripes. The simulation results align with the numerical calculations above, verified the validity of the theory.</p>
   <p>Under the symmetric initial conditions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, with</p>
   <p>parameters 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.34 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the spatiotemporal patterns of predator population density at different time points are shown in <xref ref-type="fig" rid="figFigures 2(a1)-(a4)">
     Figures 2(a
     <sub>1</sub>)-(a
     <sub>4</sub>)
    </xref>. When the</p>
   <fig id="fig1" position="float">
    <label>Figure 1</label>
    <caption>
     <title>Figure 1. The population density distribution pattern of marine organisms.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724176-rId380.jpeg?20250528015612" />
   </fig>
   <p>parameters are set to 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.54 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the corresponding predator density patterns at different times are displayed in <xref ref-type="fig" rid="figFigures 2(b1)-(b4)">
     Figures 2(b
     <sub>1</sub>)-(b
     <sub>4</sub>)
    </xref>. For the case 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.74 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the evolving patterns of predator population density are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="figFigures 2(c1)-(c4)">
     Figures 2(c
     <sub>1</sub>)-(c
     <sub>4</sub>)
    </xref>. As time progresses and the diffusion coefficient 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> increases, the predator population patterns evolve from simple circular spots to more complex spiral or hybrid structures.</p>
   <fig id="fig2" position="float">
    <label>Figure 2</label>
    <caption>
     <title>Figure 2. Spatial distribution patterns of predator populations under varying parameters 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    D
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    2
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mn>
           
     4.34
    
          </mn>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     4.54
    
          </mn>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     4.74
    
          </mn>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
 
       </mrow>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724176-rId403.jpeg?20250528015612" />
   </fig>
   <fig id="fig3" position="float">
    <label>Figure 3</label>
    <caption>
     <title>Figure 3. Population density distribution patterns of both predator and prey species under parameter setting 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    D
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    1
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mn>
           
     0.2
    
          </mn>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     0.3
    
          </mn>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     0.4
    
          </mn>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
 
       </mrow>

      </math> at 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <mi>
         
   t
  
        </mi>
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mn>
         
   15000
  
        </mn>
 
       </mrow>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724176-rId406.jpeg?20250528015612" />
   </fig>
   <p>The initial conditions are defined as: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>. With parameters 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.74 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the spatial patterns of predator and prey population density distributions at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        15000 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig3(a1)">
     Figure 3(a
     <sub>1</sub>)
    </xref>, <xref ref-type="fig" rid="fig3(b1)">
     Figure 3(b
     <sub>1</sub>)
    </xref>. For parameter values 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.3 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.74 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the corresponding density distribution patterns at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        15000 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> are presented in <xref ref-type="fig" rid="fig3(a2)">
     Figure 3(a
     <sub>2</sub>)
    </xref>, <xref ref-type="fig" rid="fig3(b2)">
     Figure 3(b
     <sub>2</sub>)
    </xref>. When using parameters 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.74 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the resulting population density patterns at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        15000 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig3(a3)">
     Figure 3(a
     <sub>3</sub>)
    </xref>, <xref ref-type="fig" rid="fig3(b3)">
     Figure 3(b
     <sub>3</sub>)
    </xref>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig3">
     Figure 3
    </xref>, the spatial distribution patterns of predator and prey populations exhibit minimal differences under identical temporal and parametric conditions. The increased diffusion coefficient 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> enhances prey population dispersion, resulting in broader prey distribution. Concurrently, the predators demonstrate heightened hunting efficiency. These dynamics lead to homogeneous density distributions for both populations, ultimately forming spotted patterns in the final spatial configuration.</p>
   <p>The initial conditions are selected as:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          80 
        </mn> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          48 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          16 
        </mn> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          16 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∪ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          48 
        </mn> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          80 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          16 
        </mn> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          16 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>With parameters 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.05 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.74 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the predator-prey population density distribution patterns at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        15000 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig4(a1)">
     Figure 4(a
     <sub>1</sub>)
    </xref>, <xref ref-type="fig" rid="fig4(b1)">
     Figure 4(b
     <sub>1</sub>)
    </xref>. For parameter</p>
   <fig id="fig4" position="float">
    <label>Figure 4</label>
    <caption>
     <title>Figure 4. Population density distribution patterns of both predator and prey species under parameter settings 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msub> 
   
         <mi>
          
    D
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    1
   
         </mn> 
  
        </msub> 
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mrow>
   
         <mo>
          
    (
   
         </mo> 
   
         <mrow> 
    
          <mn>
           
     0.05
    
          </mn>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     0.15
    
          </mn>
    
          <mo>
           
     ,
    
          </mo>
    
          <mn>
           
     0.25
    
          </mn>
   
         </mrow> 
   
         <mo>
          
    )
   
         </mo>
  
        </mrow>
 
       </mrow>

      </math> at 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <mi>
         
   t
  
        </mi>
  
        <mo>
         
   =
  
        </mo>
  
        <mn>
         
   15000
  
        </mn>
 
       </mrow>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724176-rId464.jpeg?20250528015612" />
   </fig>
   <p>values 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.15 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.74 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the corresponding spatial patterns at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        15000 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> are presented in <xref ref-type="fig" rid="fig4(a2)">
     Figure 4(a
     <sub>2</sub>)
    </xref>, <xref ref-type="fig" rid="fig4(b2)">
     Figure 4(b
     <sub>2</sub>)
    </xref>. When using parameters 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        4.74 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.5 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.25 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.12 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.24 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        e 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.305 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the resulting density distributions at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        15000 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig4(a3)">
     Figure 4(a
     <sub>3</sub>)
    </xref>, <xref ref-type="fig" rid="fig4(b3)">
     Figure 4(b
     <sub>3</sub>)
    </xref>. As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig4">
     Figure 4
    </xref>, predator and prey populations exhibit markedly distinct spatial distribution patterns under identical temporal and parametric conditions. With smaller diffusion coefficients 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, prey demonstrate low-density distribution patterns while predators form high-density aggregation zones, where localized clustering enhances hunting efficiency and consequently reduces prey population density. As 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> increases, prey density distributions become spatially synchronized with predators, as improved dispersal capacity enables effective evasion of predation hotspots, ultimately diminishing localized competitive pressures.</p>
   <p>Through analysis of pattern formation in the marine predator-prey model, this study reveals that diverse pattern types-including spotted, striped, and hybrid patterns-emerge under varying initial conditions and diffusion coefficients. The pattern generation demonstrates high sensitivity to diffusion coefficients, where minor variations significantly alter spatial configurations, while higher diffusion parameters tend to produce more complex structures. Temporally, the patterns evolve toward greater complexity, developing spiral or other intricate morphologies before eventually stabilizing, reflecting a dynamic equilibrium between predator and prey populations. These spatial patterns capture the complex interactions between species, providing critical insights into ecosystem stability and biodiversity maintenance. The findings offer valuable implications for ecosystem management, enabling better prediction of species distribution changes and ecological responses to environmental perturbations.</p>
   <p>Our simulations reveal that:</p>
   <p>Management insights:</p>
   <p>Sensitivity to Initial Conditions: Varying initial prey distributions ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ± 
      </mo> 
      <mn>
        5 
      </mn> 
      <mtext>
        % 
      </mtext> 
      <mn>
        20 
      </mn> 
      <mtext>
        % 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>) showed:</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Conclusions</title>
   <p>Our results provide actionable insights for marine ecosystem management:</p>
   <p>This paper has conducted an in-depth study on the dynamic behavior of marine predator-prey interactions and their applications in ecology. The study firstly derives the stochastic partial differential equations of the model and analyzes its linear stability to verify the effectiveness of the numerical method. Subsequently, the relevant amplitude equations were derived through weakly nonlinear analysis. In addition, the predator-prey model combining the fear effect and the refuge mechanism revealed the complex dynamics of the spatial distribution of the species, suggesting that the diffusion coefficient and the initial conditions have a significant influence on pattern formation. The results provide a scientific basis for explaining ecological phenomena and formulating ecosystem management strategies, and also demonstrate the potential of fractional-order modeling in describing complex ecological dynamics.</p>
  </sec>
 </body><back>
  <ref-list>
   <title>References</title>
   <ref id="scirp.142905-ref1">
    <label>1</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Martin, R.A. and Hammerschlag, N. (2012) Marine Predator-Prey Contests: Ambush and Speed versus Vigilance and Agility. Marine Biology Research, 8, 90-94. &gt;https://doi.org/10.1080/17451000.2011.614255
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.142905-ref2">
    <label>2</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Lotka, A.J. (1925) Elements of Physical Biology. Nature, 116, 461. &gt;https://doi.org/10.1038/116461b0 
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.142905-ref3">
    <label>3</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Berezovskaya, F., Karev, G. and Arditi, R. (2001) Parametric Analysis of the Ratio-Dependent Predator-Prey Model. Journal of Mathematical Biology, 43, 221-246. &gt;https://doi.org/10.1007/s002850000078
    </mixed-citation>
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   <ref id="scirp.142905-ref4">
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    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Roman, J. and McCarthy, J.J. (2010) The Whale Pump: Marine Mammals Enhance Primary Productivity in a Coastal Basin. PLOS ONE, 5, e13255. &gt;https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013255
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.142905-ref5">
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