Crie nos dois arquivos uma coluna para indicar os dias julianos, ou seja, 1,2,...,366. Faça aum merge() entre com os data frames. Terá uma coluna valor valor para o y da tabela longa e um y da tabela curta com as médias. A curta será replicada para ter tamanho da maior. Depois fala uma operação entre colunas, substituindo onde existe NA da y grande pelo valor existem na y pequena. Demonstração com um CMR seria melhor.

À disposição.
Walmes.