Stability switch and Hopf bifurcations for a diffusive plankton system with nonlocal competition and toxic effect

霍普夫分叉 特征向量 理论(学习稳定性) 竞赛(生物学) 扩散 分布(数学) 数学 数学分析 物理 分叉 热力学 生物 量子力学 生态学 计算机科学 非线性系统 机器学习
作者
Liye Wang,Wenlong Wang,Ruizhi Yang
出处
期刊:AIMS mathematics [American Institute of Mathematical Sciences]
卷期号:8 (4): 9716-9739
标识
DOI:10.3934/math.2023490
摘要

<abstract><p>Since the distribution of plankton is always uneven, the nonlocal phytoplankton competition term indicates the spatial weighted mean of phytoplankton density, which is introduced into the plankton model with toxic substances effect to study the corresponding dynamic behavior. The stability of the positive equilibrium point and the existence of Hopf bifurcations are discussed by analysing the distribution of eigenvalues. The direction and stability of bifurcation periodic solution are researched based on an extended central manifold method and normal theory. Finally, spatially inhomogeneous oscillations are observed in the vicinity of the Hopf bifurcations. Through numerical simulation, we can observe that the system without nonlocal competition term only generates homogeneous periodic solution, and inhomogeneous periodic solution will produce only when both diffusion and nonlocal competition exist simultaneously. We can also see that when the toxin-producing rate of each phytoplankton is in an appropriate range, the system with nonlocal competition generates a stability switch with inhomogeneous periodic solution, when the value of time delay is in a certain interval, then Hopf bifurcations will appear, and with the increase of time delay, the quantity of plankton will eventually become stable.</p></abstract>
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